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JP2008176984A - Ion beam processing equipment - Google Patents

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JP2008176984A
JP2008176984A JP2007008063A JP2007008063A JP2008176984A JP 2008176984 A JP2008176984 A JP 2008176984A JP 2007008063 A JP2007008063 A JP 2007008063A JP 2007008063 A JP2007008063 A JP 2007008063A JP 2008176984 A JP2008176984 A JP 2008176984A
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ion beam
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ion
sample
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Satoshi Tomimatsu
聡 富松
Hiroyasu Shichi
広康 志知
Noriyuki Kaneoka
則幸 兼岡
Kaoru Umemura
馨 梅村
Koji Ishiguro
浩二 石黒
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Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion beam processing device capable of correcting abnormalities, if any, or otherwise cutting off causes of abnormalities and preventing itself from being used at an abnormal state, by monitoring if ion beams are normal or abnormal. <P>SOLUTION: With the use of first and second blankers 128, 132, and first and second Faraday cups 130, 134, beam currents are monitored at top and bottom points of a projection mask 115 by changing on-offs of the first and the second blankers 128, 132. With this, while damage of the projection mask 115 is restrained, abnormality information of ion beams is obtained, enabled to cut off causes of abnormalities and correct abnormalities. Thus, a stable processing by ion beams is realized, and the ion beam processing device can be stably used. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、デバイス等の検査や不良解析等のために試料を加工するイオンビーム加工装置に関わる。   The present invention relates to an ion beam processing apparatus that processes a sample for inspection of a device or the like or for failure analysis.

微細化が進む半導体デバイスの検査、解析に対するニーズが高まっている。その中でも不良原因を特定するための不良解析においては、デバイス内部の欠陥を直接観察することが必須技術となっている。これらの観察のためにはデバイスの観察目的位置を正確に微細加工する必要がある。従来この正確な微細加工を行う装置として使用されてきたのは集束イオンビーム(Focused Ion Beam、以下FIB)加工装置である。このFIBではサブミクロンオーダーに集束したイオンビームを静電偏向走査し試料に照射することにより目標位置を正確に加工することができるため、解析用の断面形成や解析用試料の作製等に用いられる。   There is a growing need for inspection and analysis of semiconductor devices that are becoming finer. Among them, in the failure analysis for specifying the cause of the failure, it is an essential technique to directly observe the defects inside the device. For these observations, it is necessary to precisely machine the observation target position of the device. Conventionally, a focused ion beam (hereinafter referred to as FIB) processing apparatus has been used as an apparatus for performing this precise fine processing. In this FIB, the target position can be accurately processed by electrostatic deflection scanning of the ion beam focused on the submicron order and irradiating the sample. Therefore, this FIB is used for forming a cross section for analysis, producing a sample for analysis, etc. .

また、この不良解析加工において、近年は更に短時間での解析試料作製ニーズが高まっている。即ち、歩留まり向上がデバイスコストに直結するため、短時間での不良原因特定はコスト削減に大きな影響を持つ。このため、高速な解析試料作製が期待されている。これを実現する加工装置として、例えば、特許文献1に記載されている投射型イオンビーム(Projection Ion Beam、以下PJIB)加工装置がある。これは上記のFIBのようにイオンビームを集束させて偏向走査することにより目的形状に加工するのではなく、予め決めた目的形状と相似形のマスクパターンを用意し、このマスクパターンを試料上に投射することにより一括加工するという装置である。加工速度は概略的には加工する面積にどれだけのイオンが照射されるかにより決まるものであり、すなわちイオンビーム電流が大きいほど高速加工が可能になる。ビーム径における単純なイオンビーム電流密度ではFIBの方がPJIBよりも大きいが、FIBのイオンビーム電流よりもPJIBのイオンビーム電流の方が大きくなるような面積の加工においては、単純にPJIB加工の方が速くなる。実際、デバイスの不良解析に用いるような加工の場合は、サブミクロン領域の加工になることはほとんど無く、数〜数10ミクロン領域の加工が必要であることがほとんどであり、これらの面積ではPJIB加工の方が高速となるというメリットがある。   Further, in this defect analysis processing, in recent years, the need for preparing an analysis sample in a shorter time is increasing. That is, since the yield improvement is directly linked to the device cost, the identification of the cause of the defect in a short time has a great influence on the cost reduction. For this reason, high-speed analysis sample preparation is expected. As a processing apparatus for realizing this, for example, there is a projection ion beam (hereinafter referred to as PJIB) processing apparatus described in Patent Document 1. This is not done by focusing the ion beam and performing deflection scanning as in the above FIB, but preparing a mask pattern similar to the predetermined target shape and applying this mask pattern on the sample. It is an apparatus that performs batch processing by projecting. The processing speed is generally determined by how many ions are irradiated on the processing area, that is, the higher the ion beam current, the higher the processing speed becomes possible. In a simple ion beam current density at the beam diameter, FIB is larger than PJIB. However, in processing of an area in which PJIB ion beam current is larger than FIB ion beam current, PJIB processing is simply performed. Will be faster. Actually, in the case of processing used for device failure analysis, processing in the sub-micron region is rare, and processing in the region of several to several tens of microns is almost necessary, and in these areas, PJIB There is a merit that processing is faster.

これらのイオンビーム加工装置を用いた不良解析は従来、専門のオペレータが使用する場合が多かったため、装置に異常事態が生じてもオペレータの技量での対応が可能であったが、最近は専門のオペレータが付かない自動加工が可能な装置も増えてきたため、これらの装置では特にビームの安定度確保が重要となってきている。ビーム安定度の確保のためにはビームをモニタすることが有効である。例えば、特許文献2にはイオン注入装置によるビーム電流モニタの方法を例に記載されている。これは、被処理物の前や後の2箇所において電流密度分布を多点ファラデーカップを用いて測定し、被処理物(試料)位置でのイオンビームの電流密度分布を内挿、または外挿することが述べられている。こうして推定された電流密度分布に対して、例えば電流密度が薄い領域は走査滞在時間を長く、電流密度が高い領域の走査滞在時間を短くすることでビーム分布を補正ができることが記載されている。   Failure analysis using these ion beam processing devices has been often used by specialized operators in the past, so even if an abnormal situation occurs in the device, it was possible to cope with the skill of the operator. Since the number of apparatuses capable of automatic processing without an operator has increased, it is particularly important to ensure the stability of the beam in these apparatuses. Monitoring the beam is effective for ensuring the beam stability. For example, Patent Document 2 describes a beam current monitoring method using an ion implantation apparatus as an example. This is done by measuring the current density distribution at two locations before and after the workpiece using a multipoint Faraday cup, and interpolating or extrapolating the current density distribution of the ion beam at the workpiece (sample) position. It is stated that For example, it is described that the beam distribution can be corrected by shortening the scan stay time in a region where the current density is low and shortening the scan stay time in a region where the current density is high, for example.

特許第3542140号公報Japanese Patent No. 3542140 特許第3567749号公報Japanese Patent No. 3556749

特許文献2開示の技術はビーム走査により補正可能な微小な分布や変動には有効である。このため、FIBの場合は補正可能となる場合も有ると考えるが、PJIBは一般的に走査せずマスク形状を投射するため走査速度変更による補正は不可能である。   The technique disclosed in Patent Document 2 is effective for minute distributions and fluctuations that can be corrected by beam scanning. For this reason, in the case of FIB, it is considered that correction may be possible, but PJIB generally does not scan and projects a mask shape, so correction by changing the scanning speed is impossible.

また、ビームが大きく異常を起こし、走査速度変更で補正不可能な場合も有る。例えば、ビームが何らかの影響で光軸中心から外れた場合、ビーム自身のプロファイルが崩れ、ビーム裾のだれ(弛み)が大きくなり加工形状が崩れる可能性もある。また、イオンビームは光学系内のビームが照射される構成要素を損傷させるため構成要素の寿命が絡んでくる可能性があり、この場合も上記従来例では補正不可能となる。   In some cases, the beam is greatly abnormal and cannot be corrected by changing the scanning speed. For example, when the beam deviates from the center of the optical axis due to some influence, the profile of the beam itself may be collapsed, the beam tail may become slack, and the processed shape may be disrupted. Further, since the ion beam damages the component irradiated with the beam in the optical system, there is a possibility that the lifetime of the component will be involved. In this case as well, correction is impossible in the above-described conventional example.

構成要素の寿命が大きく影響を及ぼす例としては、PJIBの投射マスクがある。投射マスクは照射されるイオンビームの内、試料加工に使用するイオンビームだけを選択的に通過させる機能を有するため、通過させないイオンビームは投射マスク自身のスパッタリングによる破損を生じさせる。しかしPJIBはマスクパターン形状が加工形状を決めるため、マスクパターンが崩れないようにしなければならない。この寿命を長くするためにはスパッタされても長く持つようにマスクを厚くすることが一つの解決策であるが、厚くなると加工アスペクトの問題から微細なパターンを形成できなくなるという問題がある。例えば、マスク上で10μm幅のパターンを形成したいとすれば、マスク厚さを1mmとすると加工アスペクト比は100となり、マスク作製は困難となる。このため、形成パターンサイズによるがマスク厚さには一般的に上限があり、例えば300μm程度等となる。このように、マスクには寿命があることを前提条件として、これによる試料の加工失敗等を防止する機能が必要となる。   An example in which the lifetime of the component greatly affects is a PJIB projection mask. Since the projection mask has a function of selectively passing only the ion beam used for sample processing among the irradiated ion beams, the ion beam that is not allowed to pass causes damage due to sputtering of the projection mask itself. However, in PJIB, since the mask pattern shape determines the processing shape, the mask pattern must be prevented from collapsing. In order to extend the lifetime, one solution is to increase the thickness of the mask so that it will last even if it is sputtered. However, if the thickness is increased, there is a problem that a fine pattern cannot be formed due to the problem of processing aspect. For example, if it is desired to form a pattern having a width of 10 μm on the mask, if the mask thickness is 1 mm, the processing aspect ratio is 100, and mask fabrication becomes difficult. For this reason, although it depends on the formation pattern size, the mask thickness generally has an upper limit, for example, about 300 μm. Thus, on the premise that the mask has a lifetime, a function for preventing a sample processing failure due to this is required.

以上はPJIBの投射マスクを例に説明したが、FIBの場合もビーム電流を切り替えるための複数個の大きさの違うアパーチャを有する可動絞りを有することが一般的である。この場合も投射マスクと同様に可動絞りが照射ビームによりスパッタされることから寿命の問題がある。もし、可動絞りが寿命に達してアパーチャの穴径が大きくなることにより試料へ照射されるビーム電流が増加した場合には、ビーム電流が増えるのみならずビームエッジのだれ等ビームプロファイル自身が崩れる可能性が高い。この場合は、従来例のようにビーム滞在時間を補正しただけでは試料へのビーム照射条件を補正できない。特に微細加工に用いるFIBの場合はビームのだれが加工失敗に致命的に繋がるため、このような異常状態での使用を防止することが重要となる。   In the above description, the projection mask of PJIB has been described as an example. However, in the case of FIB as well, it is general to have a movable diaphragm having a plurality of apertures of different sizes for switching the beam current. In this case as well, there is a problem in life because the movable diaphragm is sputtered by the irradiation beam as in the case of the projection mask. If the beam current applied to the sample increases due to the movable aperture reaching the end of its life and increasing the aperture hole diameter, not only the beam current increases, but also the beam profile itself, such as the beam edge, can be destroyed. High nature. In this case, the beam irradiation condition to the sample cannot be corrected only by correcting the beam residence time as in the conventional example. In particular, in the case of FIB used for microfabrication, it is important to prevent the use of such an abnormal state because the beam drift is fatally connected to the processing failure.

このように、イオンビームが正常か異常かをモニタし、異常であれば補正、もしくは補正できない場合は異常原因の切り分け、また異常状態で使用しないように防止することが可能なイオン加工装置を提供することが重要である。   In this way, it is possible to monitor whether the ion beam is normal or abnormal, and if it is abnormal, correct it, or if it cannot be corrected, identify the cause of the abnormality, and provide an ion processing device that can prevent it from being used in an abnormal state It is important to.

これらの課題を解決するために、本発明では、試料を保持する試料ステージと、イオンビームを発生させるイオン源と、開口を有する板状部材と、試料ステージに保持される試料に対して開口を透過したイオンビームを照射する照射光学系を有するイオンビーム加工装置で、開口のイオン源側にブランカとビーム電流検出器を有し、試料へのイオンビームの照射不要時にはブランカをオンしてビーム電流検出器で電流をモニタする構成とする。   In order to solve these problems, in the present invention, a sample stage for holding a sample, an ion source for generating an ion beam, a plate-like member having an opening, and an opening for the sample held on the sample stage are provided. An ion beam processing system with an irradiation optical system that irradiates the transmitted ion beam. It has a blanker and a beam current detector on the ion source side of the aperture. When the ion beam irradiation to the sample is not required, the blanker is turned on and the beam current is turned on. The current is monitored by a detector.

また、試料を保持する試料ステージと、イオンビームを発生させるイオン源と、開口を有する板状部材と、試料ステージに保持される試料に対して開口を透過したイオンビームを照射する照射光学系を有するイオンビーム加工装置で、開口のイオン源側に第1のブランカと第1のビーム電流検出器を設置し、開口の試料側に第2のブランカと第2のビーム電流検出器を設置する構成とする。そして、試料へのイオンビームの照射不要時には第1のブランカをオンして第1のビーム電流検出器で電流をモニタし、試料へのイオンビームの照射直前には第1のブランカをオフし、第2のブランカをオンし第2のビーム電流検出器で電流をモニタする。   In addition, a sample stage for holding a sample, an ion source for generating an ion beam, a plate member having an opening, and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with an ion beam transmitted through the opening A configuration in which a first blanker and a first beam current detector are installed on the ion source side of the aperture, and a second blanker and a second beam current detector are installed on the sample side of the aperture. And When the ion beam irradiation to the sample is unnecessary, the first blanker is turned on and the current is monitored by the first beam current detector, and the first blanker is turned off immediately before the ion beam irradiation to the sample. The second blanker is turned on and the current is monitored by the second beam current detector.

本発明によりイオンビーム加工装置の安定稼動が実現可能となり、信頼性の高い不良解析が実現できるため、半導体プロセスでの歩留向上にも貢献できる。特に、開口のイオン源側にブランカとビーム電流検出器を有することにより、開口を有する板状部材である投射マスクなどの損傷を抑えた上で、開口に照射されるビーム電流そのものの安定性をモニタすることができるため、開口よりイオン源側の異常を把握することができる。更に、開口の試料側に第2のブランカと第2のビーム電流検出器を設置することにより、第1のブランカと第1のビーム電流検出器と協同して詳細なイオンビーム状態をモニタすることが可能となり、開口を有する板状部材である投射マスクなどの損傷を抑制した上で、イオンビーム加工装置の加工に使用するイオンビームの安定性をモニタできることとなる。   According to the present invention, stable operation of an ion beam processing apparatus can be realized, and highly reliable defect analysis can be realized, which can contribute to improvement in yield in a semiconductor process. In particular, by having a blanker and a beam current detector on the ion source side of the aperture, the damage to the projection mask, which is a plate-like member having an aperture, is suppressed, and the stability of the beam current itself irradiated to the aperture is reduced. Since it can be monitored, the abnormality on the ion source side can be grasped from the opening. Further, by installing a second blanker and a second beam current detector on the sample side of the opening, the detailed ion beam state is monitored in cooperation with the first blanker and the first beam current detector. This makes it possible to monitor the stability of the ion beam used for processing of the ion beam processing apparatus while suppressing damage to the projection mask, which is a plate-like member having an opening.

以下、イオンビームのモニタ、及びそれに基づいた補正や異常原因切り分けにより安定稼動を実現できるイオンビーム加工装置および加工方法の具体的実施例について図面を用いて説明する。   Hereinafter, specific examples of an ion beam processing apparatus and a processing method capable of realizing stable operation by monitoring an ion beam, correction based on the ion beam, and identification of an abnormality cause will be described with reference to the drawings.

本実施例では本発明によるPJIB装置の構成について説明する。   In this embodiment, the configuration of the PJIB apparatus according to the present invention will be described.

図1に示すPJIB装置は、半導体ウェーハ等の試料101の試料基板を載置する可動の試料台102と、試料101の観察、加工位置を特定するため試料台102の位置を制御する試料位置制御装置103と、試料101にイオンビーム104を照射して加工を行うイオンビーム光学系105と、試料101からの2次電子を検出する二次電子検出器106を有する。二次電子検出器106は二次電子検出器制御装置107により制御される。イオンビームアシストデポジションやイオンビームアシストエッチングのために使用するアシストガスを供給するアシストガス源108はガス源制御装置109により制御される。また、加工試料の摘出や電気特性測定用のプローブ110はプローブ制御装置111により制御される。   The PJIB apparatus shown in FIG. 1 has a movable sample stage 102 on which a sample substrate of a sample 101 such as a semiconductor wafer is placed, and a sample position control for controlling the position of the sample stage 102 in order to specify the observation and processing position of the sample 101. The apparatus 103 includes an ion beam optical system 105 that performs processing by irradiating the sample 101 with the ion beam 104, and a secondary electron detector 106 that detects secondary electrons from the sample 101. The secondary electron detector 106 is controlled by a secondary electron detector controller 107. An assist gas source 108 for supplying an assist gas used for ion beam assist deposition or ion beam assist etching is controlled by a gas source controller 109. The probe 110 for extracting a processed sample and measuring electrical characteristics is controlled by a probe controller 111.

二次電子検出器制御装置107、ガス源制御装置109、試料位置制御装置103、プローブ制御装置111、また後述するイオンビーム光学系105の各構成要素の制御装置等は、中央処理装置112により制御される。ここで言う中央処理装置112とは例えばパーソナルコンピュータやワークステーション等が一般的には使用される。また、表示装置113を有する。試料台102、イオンビーム光学系105、二次電子検出器106、アシストガス源108等は真空容器114内に配置される。この構成によりイオンビーム光学系105で形成されたイオンビーム104を試料台102上に載置された試料101に照射して加工する。本実施例において、イオンビーム104の形状は投射マスク115に開けられた開口の形状で決定される。   The secondary electron detector control device 107, the gas source control device 109, the sample position control device 103, the probe control device 111, and control devices for each component of the ion beam optical system 105 described later are controlled by the central processing unit 112. Is done. For example, a personal computer or a workstation is generally used as the central processing unit 112 here. In addition, the display device 113 is included. The sample stage 102, the ion beam optical system 105, the secondary electron detector 106, the assist gas source 108, and the like are arranged in a vacuum vessel 114. With this configuration, the ion beam 104 formed by the ion beam optical system 105 is irradiated to the sample 101 placed on the sample table 102 for processing. In this embodiment, the shape of the ion beam 104 is determined by the shape of the opening opened in the projection mask 115.

次にイオンビーム光学系105の詳細について説明する。イオンを生成するのがイオン源116であり、イオン源制御装置117で制御される。本実施例ではプラズマイオン源の場合を示している。プラズマイオン源としては、デュオプラズマトロンや誘導結合型プラズマ型イオン源やペニング型イオン源やマルチカスプ型イオン源等、様々なイオン源を用いることが可能である。これらのプラズマイオン源は酸素や窒素や希ガス等といったガス材料のイオン源として主に用いられている。プラズマイオン源以外にもガス材料のイオン源としては電解電離イオン源等も利用される。また、金属等の材料のイオン源としては液体金属イオン源等も用いられ、本装置でも様々なイオン源の利用が可能である。   Next, details of the ion beam optical system 105 will be described. The ion source 116 generates ions and is controlled by the ion source control device 117. In this embodiment, the case of a plasma ion source is shown. As the plasma ion source, various ion sources such as a duoplasmatron, an inductively coupled plasma ion source, a Penning ion source, and a multicusp ion source can be used. These plasma ion sources are mainly used as ion sources for gas materials such as oxygen, nitrogen, and rare gases. In addition to the plasma ion source, an ionization ion source or the like is also used as an ion source for the gas material. In addition, a liquid metal ion source or the like is also used as an ion source of a material such as a metal, and various ion sources can be used in this apparatus.

イオンは引出し電極118を介してイオンビームとして引き出される。引き出されたイオンビームは照射レンズ電源119で制御される照射レンズ120を通して投射マスク115に照射される。投射マスクを通過したイオンビームは投射レンズ電源121で制御される投射レンズ122で試料101上に投射される。これにより、投射レンズ122の条件で決められる縮小率で縮小された投射マスク115の開口形状に試料が加工されることになる。ここで、加工位置、即ち試料上のイオンビーム104の照射位置は、主偏向器制御装置123で制御される主偏向器124により決められる。主偏向器124は一般的にはイオンを偏向しやすい静電偏向器が用いられることが多い。   Ions are extracted as an ion beam through an extraction electrode 118. The extracted ion beam is irradiated onto the projection mask 115 through the irradiation lens 120 controlled by the irradiation lens power source 119. The ion beam that has passed through the projection mask is projected onto the sample 101 by the projection lens 122 controlled by the projection lens power supply 121. As a result, the sample is processed into the opening shape of the projection mask 115 reduced at a reduction ratio determined by the conditions of the projection lens 122. Here, the processing position, that is, the irradiation position of the ion beam 104 on the sample is determined by the main deflector 124 controlled by the main deflector controller 123. In general, the main deflector 124 is often an electrostatic deflector that easily deflects ions.

上述した投射マスク115は複数種のパターン開口を有する板状部材で構成されることが一般的であり、開口の選択は投射マスク115を移動することにより行う。これは投射マスク制御装置125により制御される投射マスク駆動機構126により、1軸、または2軸で面内でスライドして、目的とする開口を選択できる構成となっている。投射マスク115はこうした加工用のパターン開口以外に、観察用の微小開口(微小穴)を有する。これは微小開口を試料表面に投射して主偏向器124で走査し、その走査に伴い発生する二次電子を二次電子検出器106で検出し、これをコントラスト信号として表示装置113に画像化することにより、試料101表面の走査イオン像(Scanning Ion Microscopy像、以下SIM像と記載する)を取得することが可能である。この場合、画像分解能は投射マスク115の微小開口の大きさにより決まり、小さい方が分解能は高い。但し、小さい場合はイオン電流も減るため、S/Nは悪くなる。   The projection mask 115 described above is generally composed of a plate-like member having a plurality of types of pattern openings, and the selection of the openings is performed by moving the projection mask 115. This is configured such that a target opening can be selected by sliding in a plane with one or two axes by a projection mask driving mechanism 126 controlled by the projection mask controller 125. In addition to the pattern opening for processing, the projection mask 115 has an observation minute opening (minute hole). In this method, a microscopic aperture is projected onto the sample surface, scanned by the main deflector 124, secondary electrons generated by the scanning are detected by the secondary electron detector 106, and this is imaged on the display device 113 as a contrast signal. By doing so, it is possible to acquire a scanning ion image (Scanning Ion Microscopy image, hereinafter referred to as a SIM image) on the surface of the sample 101. In this case, the image resolution is determined by the size of the minute aperture of the projection mask 115, and the smaller the resolution, the higher the resolution. However, if it is small, the ionic current also decreases, so the S / N becomes worse.

ここで、イオンビーム電流のモニタを行うために光学系内にブランカとファラデーカップを有する。図2にその構成を示す。ファラデーカップ201は図2(a)に示す導電性材質の円筒形の形状をしたものが一般的である。測定原理は以下の通りである。イオンビームは電荷を持っているため、導電部材に照射するとその電荷に対応する電流が流れるため、この導電部材に電流計を接続することでその電流を測定することが可能となる。しかし、イオンビームを導電部材に照射すると、導電部材の材質やイオンビーム質量やエネルギー等に依存する量の二次電子が導電部材から放出される。この二次電子量も導電部材に接続した電流計で計測されてしまうため、正確なイオンビーム照射量が計測できない。ただし、板状の導電部材でも正確ではないがイオンビーム電流の大小に関連するモニタは可能であるため、低コストの電流モニタ機構としては使用することも可能である。一方、図2(a)、その断面図である図2(b)に示すような深穴構造として二次電子202が脱出できない形状にしたものがファラデーカップであり、正確なイオンビーム203の照射量が電流計204で計測できることになる。電流計測だけが目的のファラデーカップは図2(a)にように閉じた底で問題ないが、光学系内で電流計測する場合は、試料へのイオンビーム照射ができる構造である必要があるため、電流計測とビーム通過が可能な構成が望まれる。図2(a)のような底が閉じたファラデーカップを測定時に機械的にイオンビーム光軸に挿入し、試料照射時には光軸から外すという構成も考えられる。ただ、この場合は光学系内の機械的移動が必要であり発塵の可能性等もあるため、図2(c)とその断面図である図2(d)で示すブランカとの併用が一般的に用いられる。ファラデーカップ205の底面にはイオンビーム通過用の微小穴206が形成されている。ブランカ207は2枚の対向電極で構成されることが多い。試料にイオンビームを照射する場合にはブランカ207の両極を等電位とし(一般的には接地電位であることが多い。以下ブランカをオフすると表現する)、イオンビーム203を偏向せず、ファラデーカップ205の穴を通して照射される。一方イオンビーム電流を測定する場合には、ブランカ207の両極に異なる電圧を印加し(以下ブランカをオンすると表現する)、静電気力によりイオンビーム203を中心軸からずらし、ファラデーカップ205の底面にイオンビーム203が照射されるようにする。こうすることでファラデーカップ205に接続された電流計208によりイオンビーム電流が測定される。また、ブランカ207をオンすることによりファラデーカップ205の底面でイオンビーム203が遮断されることから、イオンビーム非照射用の遮蔽器としての働きも同時にすることができる。ファラデーカップ205底面の微小穴206は1mm程度以上の穴径であることが一般的であり投射マスク115の開口よりも大きいため、発明が解決しようとする課題で述べた投射マスクの厚さ制限ほど厚さ制限は無いため、寿命を考慮して厚くしておくことが一般的であるが、それでもスパッタリングにより必ず損傷するため、消耗品であることは確かである。このため、寿命を延ばすためには上記ブランカ207の両極にかける電圧極性を逆にしてイオンビーム203が逆に振れるようにしたり、電極を対抗2枚だけでなく多極子型にすることでファラデーカップ205の異なる位置にイオンビーム203を振ることでさらに寿命を延ばすことも可能となる。   Here, in order to monitor the ion beam current, a blanker and a Faraday cup are provided in the optical system. FIG. 2 shows the configuration. The Faraday cup 201 generally has a cylindrical shape made of a conductive material as shown in FIG. The measurement principle is as follows. Since the ion beam has a charge, a current corresponding to the charge flows when the conductive member is irradiated. Therefore, the current can be measured by connecting an ammeter to the conductive member. However, when the conductive member is irradiated with an ion beam, an amount of secondary electrons depending on the material of the conductive member, ion beam mass, energy, and the like is emitted from the conductive member. Since the amount of secondary electrons is also measured by an ammeter connected to the conductive member, an accurate ion beam dose cannot be measured. However, although it is not accurate even with a plate-like conductive member, monitoring related to the magnitude of the ion beam current is possible, so it can also be used as a low-cost current monitoring mechanism. On the other hand, a Faraday cup having a shape in which the secondary electrons 202 cannot escape as a deep hole structure as shown in FIG. The amount can be measured by the ammeter 204. As shown in Fig. 2 (a), the closed Faraday cup, which is intended only for current measurement, has no problem with the closed bottom. However, when current measurement is performed in the optical system, the sample must have a structure that can be irradiated with an ion beam. A configuration capable of current measurement and beam passage is desired. A configuration in which a Faraday cup with a closed bottom as shown in FIG. 2A is mechanically inserted into the ion beam optical axis during measurement and removed from the optical axis during sample irradiation is also conceivable. However, in this case, mechanical movement in the optical system is necessary and there is a possibility of dust generation. Therefore, the combined use of Fig. 2 (c) and the blanker shown in Fig. 2 (d), which is a cross-sectional view, is common. Used. A minute hole 206 for passing an ion beam is formed on the bottom surface of the Faraday cup 205. The blanker 207 is often composed of two counter electrodes. When the sample is irradiated with an ion beam, both poles of the blanker 207 are set to be equipotential (generally, it is often a ground potential, hereinafter referred to as turning off the blanker), the ion beam 203 is not deflected, and the Faraday cup Irradiate through 205 holes. On the other hand, when measuring the ion beam current, different voltages are applied to both poles of the blanker 207 (hereinafter referred to as turning on the blanker), the ion beam 203 is shifted from the central axis by electrostatic force, and ions are applied to the bottom surface of the Faraday cup 205. The beam 203 is irradiated. In this way, the ion beam current is measured by the ammeter 208 connected to the Faraday cup 205. Further, since the ion beam 203 is blocked at the bottom surface of the Faraday cup 205 by turning on the blanker 207, it can simultaneously serve as a shield for non-irradiation of the ion beam. Since the minute hole 206 on the bottom of the Faraday cup 205 is generally about 1 mm or more in diameter and larger than the opening of the projection mask 115, the thickness limitation of the projection mask described in the problem to be solved by the invention is as much as possible. Since there is no thickness limitation, it is common to increase the thickness in consideration of the lifetime, but it is still a consumable part because it is always damaged by sputtering. For this reason, in order to extend the life, the voltage polarity applied to the both poles of the blanker 207 is reversed so that the ion beam 203 swings in reverse, or the electrodes are made not only two opposing but also multipole type so that the Faraday cup It is possible to further extend the life by swinging the ion beam 203 to 205 different positions.

図1では第1のブランカ制御装置127で制御される第1のブランカ128と第1のファラデーカップ電流計129が接続される第1のファラデーカップ130を投射マスク115の上方(イオン源116側)に有している。この構成により、図3(a)に示すように、試料101にイオンビームを照射しない時はブランカ128をオンにし、投射マスク115に照射しないようにすることができる。これによりイオンビーム照射に伴うスパッタリングにより投射マスク115が損傷することを防ぐことができるため、常に投射マスク115にイオンビームが照射される場合と比較して投射マスク115を長寿命として用いることが可能となる。さらにこの構成により、試料101、及び投射マスク115へのイオンビーム非照射時にもイオンビーム電流をモニタすることができる。こうすることで、正常時のイオンビーム電流を中央処理装置112に記録しておき、この正常値の値から予め設定した割合、例えば20%以上変動した場合には異常と判断することができる。異常時の処理については後述する。   In FIG. 1, the first blanker 128 controlled by the first blanker controller 127 and the first Faraday cup 130 to which the first Faraday cup ammeter 129 is connected are located above the projection mask 115 (on the ion source 116 side). Have. With this configuration, as shown in FIG. 3A, the blanker 128 can be turned on and the projection mask 115 can be prevented from being irradiated when the sample 101 is not irradiated with the ion beam. Accordingly, the projection mask 115 can be prevented from being damaged by the sputtering accompanying the ion beam irradiation, so that the projection mask 115 can be used with a longer life compared to the case where the ion mask is always irradiated with the ion beam. It becomes. Further, with this configuration, the ion beam current can be monitored even when the sample 101 and the projection mask 115 are not irradiated with the ion beam. By doing so, the ion beam current at the normal time is recorded in the central processing unit 112, and it can be determined that there is an abnormality when the ratio changes from the normal value to a preset ratio, for example, 20% or more. The processing at the time of abnormality will be described later.

上述した第1のブランカ128と第1のファラデーカップ130により投射マスク115の上の電流をモニタすることが可能であるが、実際に試料加工に使用されるイオンビーム電流は投射マスク115を透過したイオンビームであるから、加工条件を決めるためには、この投射マスク115を通過したイオンビームの電流をモニタする方が良い。このため、投射マスク115の下方(試料101側)に第2のブランカ制御装置131で制御される第2のブランカ132と第2のファラデーカップ電流計133が接続される第2のファラデーカップ134を有する。これにより図3(b)に示すように、第1のブランカ128及びファラデーカップ130の場合と同様に投射マスク115通過後のイオンビーム電流を測定することができる。当然のことであるが、第2のファラデーカップ134を用いてイオンビーム電流をモニタするという場合には、第1のブランカ128はオフになっていることは言うまでもない。また、投射マスクへ115のイオンビーム照射位置を調整するために、イオン源116と投射マスク115の間に、偏向器制御装置135で制御される偏向器136を有する。偏向器136も主偏向器124と同様に一般的にはイオンを偏向しやすい静電偏向器が用いられることが多い。   Although the current on the projection mask 115 can be monitored by the first blanker 128 and the first Faraday cup 130 described above, the ion beam current actually used for sample processing is transmitted through the projection mask 115. Since it is an ion beam, it is better to monitor the current of the ion beam that has passed through the projection mask 115 in order to determine the processing conditions. For this reason, the second blanker 132 controlled by the second blanker controller 131 and the second Faraday cup 134 connected to the second Faraday cup ammeter 133 are provided below the projection mask 115 (on the sample 101 side). Have. As a result, as shown in FIG. 3B, the ion beam current after passing through the projection mask 115 can be measured as in the case of the first blanker 128 and the Faraday cup 130. Of course, when the ion beam current is monitored using the second Faraday cup 134, it goes without saying that the first blanker 128 is turned off. Further, in order to adjust the ion beam irradiation position of the projection mask 115, a deflector 136 controlled by a deflector controller 135 is provided between the ion source 116 and the projection mask 115. As the main deflector 124, the deflector 136 is generally an electrostatic deflector that easily deflects ions in many cases.

ここで、投射マスク115の中の加工に使用する開口の面積と試料101上への投射倍率(縮小率)は既知のものとして決まる。詳細に説明すれば、図1に示すように投射レンズ122が1段レンズの場合は、投射マスク115と投射レンズ122の距離、および投射レンズ122と試料101表面の距離が機械的に決まるため、これにより投射レンズ122の印加電圧条件も一意的に決まる。これにより投射倍率も一意的に決まることになる。もし投射レンズを複数用いて複数段投射を行う場合は、投射マスク115と投射レンズ間距離等の機械的構成のみで投射倍率が一意的に決まるわけではないが、その複数段の投射レンズの電圧印加条件を決めることで縮小率を決めることができる。実際の装置の使用を考えれば、基本的には試料101上で加工したい形状(面積)がニーズとして決まり、縮小率を決めてそれに必要な投射マスク115の開口を設計して投射マスク115を製作することが一般的であるから、本来縮小率は装置のセッティング段階で決まっていることがほとんどである。本実施例では例えばこの投射倍率を1/10とする。即ち試料101上で10μmの長さの加工がしたい場合には、投射マスク115の開口は100μmの長さになっている(非走査加工の場合)。   Here, the area of the opening used for processing in the projection mask 115 and the projection magnification (reduction ratio) on the sample 101 are determined as known ones. More specifically, when the projection lens 122 is a single-stage lens as shown in FIG. 1, the distance between the projection mask 115 and the projection lens 122 and the distance between the projection lens 122 and the surface of the sample 101 are mechanically determined. Thereby, the applied voltage condition of the projection lens 122 is also uniquely determined. As a result, the projection magnification is also uniquely determined. If multiple projections are performed using a plurality of projection lenses, the projection magnification is not uniquely determined only by the mechanical configuration such as the distance between the projection mask 115 and the projection lens. The reduction rate can be determined by determining the application conditions. Considering the use of an actual apparatus, the shape (area) to be processed on the sample 101 is basically determined as a need, and the projection mask 115 is manufactured by determining the reduction ratio and designing the necessary opening of the projection mask 115. In general, the reduction ratio is usually determined at the setting stage of the apparatus. In this embodiment, for example, this projection magnification is 1/10. That is, when it is desired to process the sample 101 with a length of 10 μm, the opening of the projection mask 115 has a length of 100 μm (in the case of non-scanning processing).

また、イオンビーム電流に対する試料101の加工体積は以下の説明の通り決まる。1個のイオンが試料に入射したときに試料内の何個の原子がスパッタされるかを示すイオンスパッタ率は、1次イオン種、1次イオン加速エネルギー、試料を構成する材料、イオンビームの試料表面への入射角度等から決定される。上記パラメータが既知であればイオンスパッタ率が求まるため、イオンビーム電流から単位時間当たりの加工体積を求めることができる。このため、加工したい深さを決定すれば、加工すべき時間、即ち試料へのイオンビーム照射時間を求めることができる。具体的には以下のような算出法となる。まず加工される体積は下記(数1)で表される。

Figure 2008176984
ここで、V[m3]は加工体積、Ib2[A]は第2のファラデーカップ134で測定されたイオンビーム電流、t[s]は加工時間であり、R[m3/C]は単位電荷当たりの加工体積で以下(数2)の通り表される。
Figure 2008176984
ここで、Sは上記スパッタリング率、Wは試料構成元素の原子量、u(=1.66E-27[kg])は原子質量単位、e(=1.60E-19[C])は電気素量、d[kg/m3]は試料構成元素の密度である。また、(数1)の体積Vは投射マスク開口面積との関係で以下の通り表される。
Figure 2008176984
ここで、A[m2]は投射マスク開口面積、Mは投射倍率、D[m]は加工深さである。即ち加工時間tは下記(数4)で表される。
Figure 2008176984
ここで、積の始めの項(e・M2/u)は装置構成として決まる値となる。積の2番目の項(d /(W・S))は試料材質から決まる値であり、積の3番目の項(A・D)は加工したい形状から決まる値である。このため、これらは加工セッティング時に自明の値となる。積の最後の項(1/ Ib2)はモニタ電流で決まるものであるため、このモニタされた電流から加工時間を自動的に算出することができる。 Further, the processing volume of the sample 101 with respect to the ion beam current is determined as described below. The ion sputtering rate indicating how many atoms in the sample are sputtered when one ion is incident on the sample is the primary ion species, the primary ion acceleration energy, the material constituting the sample, the ion beam It is determined from the incident angle on the sample surface. Since the ion sputtering rate can be obtained if the above parameters are known, the processing volume per unit time can be obtained from the ion beam current. Therefore, if the depth to be processed is determined, the time to be processed, that is, the ion beam irradiation time to the sample can be obtained. Specifically, the calculation method is as follows. First, the volume to be processed is expressed by the following (Equation 1).
Figure 2008176984
Here, V [m 3 ] is the processing volume, I b2 [A] is the ion beam current measured by the second Faraday cup 134, t [s] is the processing time, and R [m 3 / C] is The processing volume per unit charge is expressed as follows (Equation 2).
Figure 2008176984
Here, S is the sputtering rate, W is the atomic weight of the sample constituent element, u (= 1.66E-27 [kg]) is the atomic mass unit, e (= 1.60E-19 [C]) is the elementary electric charge, d [kg / m 3 ] is the density of the sample constituent elements. Further, the volume V in (Equation 1) is expressed as follows in relation to the projection mask opening area.
Figure 2008176984
Here, A [m 2 ] is the projection mask opening area, M is the projection magnification, and D [m] is the processing depth. That is, the processing time t is expressed by the following (Equation 4).
Figure 2008176984
Here, the first term (e · M 2 / u) of the product is a value determined as a device configuration. The second term (d / (W · S)) of the product is a value determined from the sample material, and the third term (A · D) of the product is a value determined from the shape to be processed. For this reason, these are self-evident values at the time of machining setting. Since the last term (1 / I b2 ) of the product is determined by the monitor current, the machining time can be automatically calculated from the monitored current.

本実施例における加工フローの概略を図4に示す。上述の通り試料101へのイオンビーム非照射時には、第1のブランカ128をオンにしてビーム遮断しておく(401)。まず、中央処理装置112に予め(e・M2/u)の値を入力しておく。但し上記の通り複数投射レンズで投射倍率Mが可変の場合はこれもパラメータとなる。次に加工する試料の材質を設定する(402)。これは予め使う可能性のある材質の(d/(W・S))を登録しておき、その中からプルダウンメニューで材質を選べば自動的に(d/(W・S))の値が設定されることが望ましい。次に加工する形を複数の開口の中から選択する(403)。この投射マスク115の開口面積は予め中央処理装置112に登録されており、選択された開口の面積が自動的にAに代入されることになる。また、加工深さDはユーザが指定しても良いし、予め開口毎の雛形を作っておいて選択された開口に対応する値を代入しても良い(404)。上記設定が終わった後、第2のブランカ132をオン状態にする(406)。そして第1のブランカ128をオフし(407)、投射マスク115にイオンビームが照射されるようにすることで、第2のファラデーカップ134で加工試料に照射される直前のイオンビーム電流Ib2を測定することができる(408)。こうして測定された、イオンビーム照射時のすぐ前のイオンビーム電流Ib2を(数4)に代入することで加工時間tを算出することができる(409)。 The outline of the processing flow in the present embodiment is shown in FIG. As described above, when the sample 101 is not irradiated with the ion beam, the first blanker 128 is turned on to block the beam (401). First, a value of (e · M 2 / u) is input to the central processing unit 112 in advance. However, if the projection magnification M is variable with a plurality of projection lenses as described above, this is also a parameter. Next, the material of the sample to be processed is set (402). For this, register (d / (W ・ S)) of materials that may be used in advance, and if you select a material from the pull-down menu, the value of (d / (W ・ S)) is automatically set. It is desirable to set. Next, a shape to be processed is selected from a plurality of openings (403). The opening area of the projection mask 115 is registered in advance in the central processing unit 112, and the area of the selected opening is automatically substituted for A. Further, the processing depth D may be specified by the user, or a template corresponding to the selected opening may be substituted by creating a template for each opening (404). After the above setting is completed, the second blanker 132 is turned on (406). Then, the first blanker 128 is turned off (407) and the projection mask 115 is irradiated with the ion beam, so that the ion beam current I b2 immediately before the processing sample is irradiated with the second Faraday cup 134 is obtained. Can be measured (408). The machining time t can be calculated by substituting the measured ion beam current I b2 immediately before the ion beam irradiation into (Equation 4) in this way (409).

この後、偏向電圧調整等による加工位置決め等が行われ(410)、実際の加工は、第2のブランカ132をオフすることで加工を開始し(411)、t秒後に第1のブランカ128をオンすることで加工を停止することができる(412、413)。こうして所望の深さの加工を行うことが可能となる。加工停止の際には第2のブランカ132をオンしてビーム遮蔽することも可能ではあるが、投射マスク115の損傷を抑制するという点で第1のブランカ128で遮蔽した方が良い。   Thereafter, processing positioning is performed by adjusting the deflection voltage (410), and actual processing is started by turning off the second blanker 132 (411), and the first blanker 128 is turned on after t seconds. The machining can be stopped by turning on (412 and 413). In this way, it is possible to perform processing at a desired depth. Although it is possible to turn on the second blanker 132 and shield the beam when the processing is stopped, it is better to shield with the first blanker 128 in terms of suppressing damage to the projection mask 115.

次に電流モニタによる異常対応について説明する。図1の構成でモニタ可能なのは第1のファラデーカップ130の電流、即ち投射マスク115の上のイオンビーム電流と、第2のファラデーカップ134の電流、即ち投射マスク115の開口を通過したイオンビーム電流である。ここで、第1のファラデーカップ130の電流はIb1とし、第2のファラデーカップ134の電流は上記の通りIb2とする。ここで、正常な加工ができている場合、即ちイオンビーム光学系105に異常が無い場合の第1、第2のファラデーカップそれぞれの電流値Ib10、Ib20を予め中央処理装置112のメモリに記憶しておく。ちなみに、実際は投射マスク115の複数の開口毎に異なるIb20が存在するわけであるが、ここでは説明を簡単にするためにその中の1つの開口に注目して説明する。さらに正常に使用可能な電流値も設定する。正常に使用可能な第1のファラデーカップ130の電流値の上限、下限をそれぞれIb1U、Ib1Lとする。例えばこの上限、下限値は経験則上で設定してもかまわないし、割合等で設定しても良い。割合で設定する例としては、±20%の場合を正常範囲とすればIb1U =1.2 Ib10、Ib1L =0.8 Ib10となる。第2のファラデーカップ134の場合も同様に、正常使用範囲の上限、下限をそれぞれIb2U、Ib2Lとする。 Next, the abnormality handling by the current monitor will be described. The configuration of FIG. 1 can monitor the current of the first Faraday cup 130, that is, the ion beam current on the projection mask 115, and the current of the second Faraday cup 134, that is, the ion beam current that has passed through the opening of the projection mask 115. It is. Here, the current of the first Faraday cup 130 is I b1, and the current of the second Faraday cup 134 is I b2 as described above. Here, when normal processing is performed, that is, when there is no abnormality in the ion beam optical system 105, the current values I b10 and I b20 of the first and second Faraday cups are stored in the memory of the central processing unit 112 in advance. Remember. Incidentally, there is actually a different Ib20 for each of the plurality of openings of the projection mask 115, but here, in order to simplify the description, description will be made with attention paid to one of the openings. Furthermore, a current value that can be normally used is also set. The upper and lower limits of the current value of the first Faraday cup 130 that can be normally used are I b1U and I b1L , respectively. For example, the upper and lower limits may be set on the basis of empirical rules, or may be set in proportion. As an example of setting the ratio, if the normal range is ± 20%, I b1U = 1.2 I b10 and I b1L = 0.8 I b10 . Similarly, in the case of the second Faraday cup 134, the upper and lower limits of the normal use range are set to I b2U and I b2L , respectively.

各イオンビーム電流モニタの用途は上述の通り、試料加工をしていないときのイオンビーム安定度はIb1でモニタし、加工パラメータの設定にはIb2をモニタする。ここで、電流モニタの各異常状態に対する対処について以下説明する。ここでは、これら異常状態以前までは正常に使用できていた場合を想定しており、メンテナンス等後の不連続的な使用時、例えばイオンビーム光学系105の部品交換等に伴い生じた異常状態は想定していない。ただし、その場合も下記対処法は異常位置特定の目安にはなる。 As described above, each ion beam current monitor is used to monitor the ion beam stability when the sample is not processed with I b1 , and monitor the processing parameters with I b2 . Here, how to deal with each abnormal state of the current monitor will be described below. Here, it is assumed that normal use was possible before these abnormal states, and the abnormal state caused by, for example, replacement of parts of the ion beam optical system 105 at the time of discontinuous use after maintenance, etc. Not assumed. In this case, however, the following countermeasures can be used as a guideline for specifying the abnormal position.

(a) Ib1>Ib1UまたはIb1<Ib1Lの場合
即ちこれは投射マスク115より上で電流異常を起こしている場合である。この場合、異常原因の可能性が最も高いと考えられるのは、イオン源116の異常である。例えば、本実施例で使用しているプラズマイオン源の場合は、原料ガスの圧力異常、汚染物(コンタミ)による放電不良やイオン経路遮断、電極のプラズマスパッタによる放電不良等の原因が考えられる。もちろん、イオン源116以外も含めて電源異常の可能性もある。このため、以下のような対応策が考えられる。
(a) When I b1 > I b1U or I b1 <I b1L In other words, this is a case where a current abnormality occurs above the projection mask 115. In this case, it is the abnormality of the ion source 116 that is considered most likely to be the cause of the abnormality. For example, in the case of the plasma ion source used in the present embodiment, there may be causes such as abnormal pressure of the raw material gas, discharge failure due to contaminants (contamination), ion path interruption, discharge failure due to electrode plasma sputtering, and the like. Of course, there is a possibility of power supply abnormality including other than the ion source 116. For this reason, the following countermeasures can be considered.

(a-1)警告表示
表示装置113に図5(a)に示すように「投射マスク照射電流異常」や「イオン源側電流異常」や「異常のためコールセンターへ連絡して下さい」等の異常を示す表示501をする。これに伴い加工開始ボタンのロック等を行うと加工失敗を防ぐことができる。なお、表示装置113内の四角い枠組みは観察像表示領域を示している。また、図5(b)に示すように表示装置113に装置の概略構成502を表示し、その中の異常部、例えば本例の場合は投射マスクのイオン源側の領域503を点滅やハイライト等により異常が分かるように示すことにより異常箇所がユーザに分かりやすい。また、ブザーや音声合成技術を用いて音情報で異常、異常箇所を異常情報として出力し、ユーザに知らせるようにしても良い。さらに中央処理装置112がインターネットに接続されている場合、インターネット経由で装置メーカへ異常情報を伝達し、サービスエンジニアの対応を要求することも可能である。これらは、全て異常情報を出力する出力部と呼ぶことができる。
(a-1) Warning display As shown in Fig. 5 (a), abnormalities such as "Projection mask irradiation current abnormality", "Ion source side current abnormality" and "Please contact the call center for abnormality" on the display device 113 A display 501 is displayed. Along with this, machining failure can be prevented by locking the machining start button or the like. A square frame in the display device 113 indicates an observation image display area. Further, as shown in FIG. 5B, a schematic configuration 502 of the device is displayed on the display device 113, and an abnormal portion therein, for example, in the case of this example, the region 503 on the ion source side of the projection mask is blinked or highlighted. By showing the abnormality so as to be understood by, for example, the user can easily understand the abnormal part. Further, it is also possible to output the abnormality and the abnormal part as the abnormality information by using a buzzer or a voice synthesis technique to notify the user of the abnormality. Further, when the central processing unit 112 is connected to the Internet, it is also possible to transmit abnormality information to the device manufacturer via the Internet and request a service engineer's response. All of these can be called output units that output abnormality information.

(a-2)対応マニュアル表示
表示装置113に図6に示すような異常からの復帰のためのユーザの対応フロー601を表示する。表示項目の順番としては異常原因の可能性が高い部分に関わるもので、ユーザが調査容易なものとした方が効率が良い。本例の場合は、例えば以下のような質問602を表示装置に表示する。「ガス圧は正常ですか?」これに対し「はい」「いいえ」のボタン603を押すことで次の選択肢が表示されるようにする。「いいえ」の場合は「ガス圧を正常値内に調整して下さい」と表示する。「はい」の場合は次の調整に移る。ここでは例えば「引出し電極位置を調整しイオンビーム電流が最大値となるように調整して下さい」と表示する。本例の場合引出し電極118位置は大気中から機械的に調整可能な構造となっている。これらのように調整可能なものを画面上に順次表示する。調整可能なものが無くなった場合には、「イオン源のカソードを交換して下さい」等の大気開放を伴うメンテナンス手順等を表示する。
(a-2) Corresponding Manual Display A user response flow 601 for returning from an abnormality as shown in FIG. 6 is displayed on the display device 113. The order of the display items is related to a portion having a high possibility of anomaly, and it is more efficient that the user can easily investigate. In the case of this example, for example, the following question 602 is displayed on the display device. “Is the gas pressure normal?” In response to this, pressing the “Yes” or “No” button 603 causes the next option to be displayed. In case of “No”, “Please adjust the gas pressure within the normal value” is displayed. If yes, go to the next adjustment. Here, for example, “adjust the extraction electrode position and adjust the ion beam current to the maximum value” is displayed. In this example, the position of the extraction electrode 118 is mechanically adjustable from the atmosphere. These adjustable items are sequentially displayed on the screen. When there are no items that can be adjusted, display a maintenance procedure that requires opening the atmosphere, such as “Replace the cathode of the ion source”.

(a-3)自動補正
まず始めに、モニタできる光学パラメータが全て正常範囲内に有るかどうかを中央処理装置112により判定する。例えば、これらはイオンビーム光学系105の真空度、プラズマ放電電源電圧、イオン加速電圧、照射レンズ電源電圧等である。これらが正常範囲から外れている場合は、まずそれを正常値に補正し、イオンビーム電流Ib1を再度モニタする。これらの処理は中央処理装置112により自動的に行う。これでイオンビーム電流が正常値に戻れば問題ないが、正常値に戻らない場合はその他の調整可能なパラメータにより補正を試みる。例えば本実施例で用いているプラズマイオン源構成での補正例を以下に示す。図7はデュオプラズマトロンの構成であり、カソード701、中間電極702、磁石703、アノード704、制御電極705、引出し電極118で構成されている。ここでVdは放電電圧、Vbは制御電圧、Vaは加速電圧である。この中で、加速電圧Vaはイオンビームのエネルギーを決めるものであるため、一般的に補正パラメータとしては使用しない。放電電圧Vdはガス圧等により最適値は変動するが、ガス圧等が正常であれば放電電圧も変化させる必要が無いのが一般的であり、逆に放電電圧を変更しなければならない状態というのは、プラズマ自身が適当な状態に無いことを表すので、放電電圧による補正もあまり望ましくはない。このようにイオンエネルギーやプラズマ状態を変化させずに補正可能なパラメータとしては制御電圧Vbがある。このため、イオンビーム電流Ib1をモニタしながら、中央処理装置112によりこの制御電圧Vbを振り、イオンビーム電流Ib1が正常範囲内にIb1U>Ib1>Ib1L入るように制御電圧Vbを設定することで、補正することが可能である。また、この制御電圧Vb以外にも、偏向器136を振ることで補正することが可能な場合もある。しかし、これらにより補正できない場合は、上記(a-1)(a-2)等の対応となる。
(a-3) Automatic correction First, the central processing unit 112 determines whether all optical parameters that can be monitored are within the normal range. For example, these are the degree of vacuum of the ion beam optical system 105, the plasma discharge power supply voltage, the ion acceleration voltage, the irradiation lens power supply voltage, and the like. If they are out of the normal range, they are first corrected to normal values and the ion beam current Ib1 is monitored again. These processes are automatically performed by the central processing unit 112. If the ion beam current returns to the normal value, there is no problem. However, if the ion beam current does not return to the normal value, correction is attempted using other adjustable parameters. For example, a correction example with the plasma ion source configuration used in this embodiment is shown below. FIG. 7 shows a configuration of a duoplasmatron, which includes a cathode 701, an intermediate electrode 702, a magnet 703, an anode 704, a control electrode 705, and an extraction electrode 118. Here, Vd is a discharge voltage, Vb is a control voltage, and Va is an acceleration voltage. Among these, the acceleration voltage Va determines the energy of the ion beam, and therefore is not generally used as a correction parameter. The optimum value of the discharge voltage Vd varies depending on the gas pressure, etc., but it is generally unnecessary to change the discharge voltage if the gas pressure is normal, and conversely, the discharge voltage must be changed. Since this means that the plasma itself is not in an appropriate state, correction by the discharge voltage is also less desirable. As a parameter that can be corrected without changing ion energy or plasma state in this way, there is a control voltage Vb. Therefore, while monitoring the ion beam current I b1 , the control voltage Vb is applied by the central processing unit 112, and the control voltage Vb is set so that the ion beam current I b1 falls within the normal range I b1U > I b1 > I b1L. It can be corrected by setting. In addition to the control voltage Vb, correction may be possible by shaking the deflector 136. However, if the correction cannot be made due to these, the above (a-1), (a-2), etc. are taken.

以上の対応により、投射マスクより上のイオンビーム異常時に加工失敗の抑制や補正を実現することが可能となる。   With the above measures, it is possible to realize processing failure suppression and correction when the ion beam above the projection mask is abnormal.

(b) Ib1U>Ib1>Ib1LかつIb2>Ib2Uの場合
即ちこれは投射マスク115より上の電流値は正常であるが、投射マスク115を通過するイオンビーム電流が増加した場合である。この場合、異常原因の可能性が最も高いと考えられるのは、投射マスク115の損傷である。すなわち、イオンビームにより投射マスク115がスパッタされ、開口が大きくなってしまったことが考えられる。このため、以下のような対応策が考えられる。
(b) When I b1U > I b1 > I b1L and I b2 > I b2U That is, the current value above the projection mask 115 is normal, but the ion beam current passing through the projection mask 115 increases. is there. In this case, it is the damage of the projection mask 115 that is considered most likely to be an abnormal cause. That is, it is considered that the projection mask 115 is sputtered by the ion beam and the opening becomes large. For this reason, the following countermeasures can be considered.

(b-1)警告表示
表示装置113に(a-1)と同様に図5(a)に示すように「投射マスク異常」や「異常のためコールセンターへ連絡して下さい」等の異常を示す表示をする。これに伴い加工開始ボタンのロック等を行うと加工失敗を防ぐことができる。また、(a-1)の図5(b)と同様に表示装置113に装置の概略構成を表示し、その中の異常部、例えば本例の場合は投射マスクを点滅やハイライト等により異常が分かるように示す、或いは音声合成技術により音情報で伝達を行うことにより異常箇所がユーザに分かりやすい。また、中央処理装置112がインターネットに接続されている場合、インターネット経由で装置メーカへ異常情報を伝達し、サービスエンジニアの対応を要求することも可能であることは、上述の通りである。
(b-1) Warning display Similar to (a-1), the display device 113 shows an abnormality such as “projection mask abnormality” or “please contact the call center for abnormality” as shown in FIG. 5 (a). Display. Along with this, machining failure can be prevented by locking the machining start button or the like. Further, as in FIG. 5 (b) in (a-1), the schematic configuration of the apparatus is displayed on the display device 113, and an abnormal portion therein, for example, in this example, the projection mask is abnormal due to blinking or highlighting. The user can easily understand the abnormal part by transmitting the sound information using a voice synthesis technique. In addition, as described above, when the central processing unit 112 is connected to the Internet, it is possible to transmit abnormality information to the device manufacturer via the Internet and request a service engineer's response.

(b-2)対応マニュアル表示
表示装置113に異常からの復帰のためのユーザの対応フローを(a-2)の図6と同様に表示する。本例の場合は、投射マスクの交換の仕方を画面上に表示する。例えば、イオンビーム光学系要素の電源オフ、イオンビーム光学系の真空排気系停止、イオンビーム光学系105の大気開放、投射マスク115の入れ替え方等である。
(b-2) Corresponding manual display The user's corresponding flow for returning from an abnormality is displayed on the display device 113 in the same manner as in FIG. 6 of (a-2). In the case of this example, how to replace the projection mask is displayed on the screen. For example, the power of the ion beam optical system element is turned off, the evacuation system of the ion beam optical system is stopped, the ion beam optical system 105 is opened to the atmosphere, and the projection mask 115 is replaced.

(b-3)自動補正
上記のように投射マスク115損傷が確実な原因かどうかを判断するためには、異常が見られた開口(ここでは開口Aとする)と異なる他の開口(ここでは開口Bとする)に投射マスク位置を切替えて、開口Bの通過電流(第2のファラデーカップ134電流)が開口Bの正常値範囲内にあるかどうかをモニタする。これは、開口毎に使用頻度が異なるため、損傷により全く同時に開口が大きくなる可能性が低いことを利用している。即ち、開口Aの通過電流は異常であるが開口Bの通過電流が正常であれば、開口Aのみが損傷したことが確認できる。ここで、もし開口Aと同じ形状の開口を複数個有する(例えば開口A’を有する)投射マスク115を使用している場合は、中央処理装置112により投射マスク制御装置125から投射マスク駆動機構126を制御することにより開口Aの使用を禁止し、代替開口A’を使用するように自動的に切り替えることで、正常に使用することが可能となる。
(b-3) Automatic correction In order to determine whether or not the projection mask 115 damage is a sure cause as described above, another opening (here, the opening A) different from the opening where the abnormality was found (here, the opening A) is used. The projection mask position is switched to the aperture B, and it is monitored whether the passing current (second Faraday cup 134 current) of the aperture B is within the normal value range of the aperture B. This uses the fact that the frequency of use is different for each opening, so that the possibility of the opening becoming large at the same time due to damage is low. That is, if the passing current of the opening A is abnormal but the passing current of the opening B is normal, it can be confirmed that only the opening A is damaged. Here, if a projection mask 115 having a plurality of openings having the same shape as the opening A (for example, having an opening A ′) is used, the central processing unit 112 controls the projection mask drive mechanism 126 from the projection mask controller 125. The use of the opening A is prohibited by controlling and the automatic switching to use the alternative opening A ′ enables normal use.

以上により、投射マスク損傷による加工失敗を抑制することが可能となる。   As described above, processing failure due to damage to the projection mask can be suppressed.

(c) Ib1U>Ib1>Ib1LかつIb2<Ib2Lの場合
即ちこれは投射マスク115より上の電流値は正常であるが、投射マスク115を通過するイオンビーム電流が減少した場合である。この場合、異常原因の可能性が最も高いと考えられるのは、図8に示すような投射マスク115の開口801への照射ビーム802のずれである。すなわち、投射マスク115への照射電流の絶対値は変化していないが、そのイオンビームが開口部に正常に照射されていないことが考えられる。このため、以下のような対応策が考えられる。
(c) When I b1U > I b1 > I b1L and I b2 <I b2L That is, this is a case where the current value above the projection mask 115 is normal, but the ion beam current passing through the projection mask 115 decreases. is there. In this case, it is the deviation of the irradiation beam 802 to the opening 801 of the projection mask 115 as shown in FIG. That is, the absolute value of the irradiation current to the projection mask 115 does not change, but the ion beam is not normally irradiated to the opening. For this reason, the following countermeasures can be considered.

(c-1)警告表示
表示装置113に(a-1) (b-1)と同様に図5(a)に示すように「投射マスクへの照射異常」等の異常を示す表示をする。これに伴い加工開始ボタンのロック等を行うと加工失敗を防ぐことができる。また、(a-1) (b-1)と同様に図5(b)に示すように表示装置113に装置の概略構成を表示し、その中の異常部、例えば本例の場合は投射マスクへのビームずれを点滅やハイライト等により異常が分かるように示すことにより異常箇所がユーザに分かりやすい。
(c-1) Warning display As in (a-1) and (b-1), a display indicating an abnormality such as “irradiation to the projection mask” is displayed on the display device 113 as shown in FIG. Along with this, machining failure can be prevented by locking the machining start button or the like. Similarly to (a-1) and (b-1), as shown in FIG. 5 (b), the schematic configuration of the apparatus is displayed on the display device 113, and an abnormal part therein, for example, a projection mask in this example, is displayed. By displaying the beam shift to the point so that the abnormality can be recognized by blinking, highlighting, etc., the user can easily understand the abnormal part.

(c-2)対応マニュアル表示
表示装置113に異常からの復帰のためのユーザの対応フローを(a-2)(b-2)の図6と同様に表示する。本例の場合は、偏向器136調整、引出し電極118位置調整等である。
(c-2) Corresponding manual display The user's corresponding flow for recovery from an abnormality is displayed on the display device 113 in the same manner as FIG. 6 of (a-2) and (b-2). In this example, the deflector 136 is adjusted, the position of the extraction electrode 118 is adjusted, and the like.

(c-3)自動補正1
投射マスク115へのイオンビーム照射位置を変更できる装置構成の中で、中央処理装置112から制御可能なものに偏向器136がある。このため、中央処理装置112でイオンビーム電流Ib2をモニタしながら、偏向器136を振って最大となる位置に偏向器136電圧を設定することで自動補正することができる場合がある。このとき使用する開口としては単純な開口の中心対称形が望ましい。例えば図9のような円形や、正方形や長方形等の開口901〜905である。図10に示すように、照射イオンビーム1001のプロファイルが中心付近1002が密度が高く、周辺が薄い場合には、例えばコの字型の開口1003の場合、開口1003の本来的な中心に照射されている図10(a)よりもずれている図10(b)の方が通過イオンビーム電流が大きくなるためである。ここで前提条件として、投射マスク115の駆動機構126による各開口の選択時の中心は揃っているように設定されている必要がある。こうして単純な中心対称形の開口を用いて偏向器136を調整することで照射イオンビーム位置を補正することで照射位置ずれを補正することができる。
(c-3) Automatic correction 1
Among the apparatus configurations that can change the ion beam irradiation position onto the projection mask 115, a deflector 136 is controllable from the central processing unit 112. For this reason, in some cases, the central processing unit 112 can monitor the ion beam current I b2 , and shake the deflector 136 to set the deflector 136 voltage at the maximum position to automatically correct the ion beam current I b2 . As the opening used at this time, a simple central symmetry of the opening is desirable. For example, the openings 901 to 905 such as a circle as shown in FIG. As shown in FIG. 10, when the profile of the irradiation ion beam 1001 has a high density near the center 1002 and a thin periphery, for example, in the case of a U-shaped opening 1003, the original center of the opening 1003 is irradiated. This is because the passing ion beam current is larger in FIG. 10B, which is shifted from FIG. 10A. Here, as a precondition, it is necessary to set the centers when the apertures are selected by the driving mechanism 126 of the projection mask 115 to be aligned. Thus, the irradiation position deviation can be corrected by correcting the irradiation ion beam position by adjusting the deflector 136 using a simple center-symmetric opening.

(c-4)自動補正2
上記(c-3)のように通過イオンビーム電流Ib2の絶対値のイオンビーム偏向による最大化も簡便で有効な調整方法であるが、さらに詳細な調整方法としてはマスクに照射されているイオンビームのビームプロファイルを取得して、ずれを補正する方法がある。この方法について図11を用いて以下に述べる。まず微小開口1101を選択する。この微小開口(微小穴)1101は、通過イオンビーム電流Ib2がモニタできる条件下で、できる限り小さい開口を選択した方が良い。これはこの穴径がビームプロファイルの分解能を決めるためである。ここでは微小円形開口Sを選択し、このとき第2のファラデーカップ134でモニタする通過イオンビームをIb2Sとする。ここで、偏向器136により偏向走査信号を印加し、投射マスク115に照射するイオンビームを偏向走査する。この偏向走査信号とその印加に伴うイオンビーム電流のIb2S値を強度信号として、図11(b)のようなプロファイルを得ることができる。ちなみに予め正常状態のビームプロファイルを図11(c)のように取得し、中央処理装置112に記憶しておくと異常状態と比較できて良い。図11(b)、(c)は偏向器136の電圧零点(偏向していない状態)を原点とした例を示している。ちなみに使用時(異常発生前)はイオンビーム軸調整のために偏向器136には電圧を加えている場合が多い。この電圧を、簡単のため2軸偏向を例として、 (Vx0,Vy0)とする。ここで、異常時のビームプロファイルを中央処理装置112で評価し補正する。補正の手段としては、ビームプロファイル中心、例えば電流強度の重心位置のずれ量で判断する。異常時の電流強度の重心位置が(Vxa,Vya)であれば、偏向器136に(Vxa,Vya)を印加すれば(即ち(Vxa- Vx0,Vya- Vy0)分シフトすれば)イオンビームを最適照射位置に調整することが可能となる。さらに詳細に評価する場合は、例えばプロファイルにおける正常時のピーク電流値と異常時のピーク電流値の比較や、ビームプロファイルの形状、即ち一定の電流量以上の領域、例えばピーク電流の13.5%以上の領域の形状や面積の正常時と異常時の比較等により評価可能である。即ち照射イオンビームがずれただけであればこれらのピーク値やプロファイル形状はそれほど変化しないはずであるが、これらが大きく変化している場合はビームシフトによる補正のみでは対応できないことを判断することが可能となるからである。もし、本手法で補正できないと判断された場合は、(c-1)(c-2)等の対処となる。
(c-4) Automatic correction 2
Maximizing the absolute value of the passing ion beam current I b2 by ion beam deflection as described in (c-3) above is also a simple and effective adjustment method. As a more detailed adjustment method, ions irradiated on the mask are used. There is a method of correcting a deviation by acquiring a beam profile of a beam. This method will be described below with reference to FIG. First, the minute aperture 1101 is selected. It is better to select the minute opening (small hole) 1101 as small as possible under the condition that the passing ion beam current I b2 can be monitored. This is because the hole diameter determines the resolution of the beam profile. Here, the minute circular aperture S is selected, and the passing ion beam monitored by the second Faraday cup 134 at this time is defined as I b2S . Here, a deflection scanning signal is applied by the deflector 136, and the ion beam applied to the projection mask 115 is deflected and scanned. A profile as shown in FIG. 11B can be obtained by using this deflection scanning signal and the I b2S value of the ion beam current accompanying the application of the deflection scanning signal as an intensity signal. Incidentally, if the beam profile in the normal state is acquired in advance as shown in FIG. 11C and stored in the central processing unit 112, it can be compared with the abnormal state. FIGS. 11B and 11C show examples in which the voltage zero point of the deflector 136 (the state where the deflector 136 is not deflected) is used as the origin. Incidentally, in use (before the occurrence of an abnormality), a voltage is often applied to the deflector 136 in order to adjust the ion beam axis. For simplicity, this voltage is set to (Vx 0 , Vy 0 ) taking biaxial deflection as an example. Here, the central processing unit 112 evaluates and corrects the beam profile at the time of abnormality. As a correction means, the determination is made based on the deviation amount of the center of the beam profile, for example, the center of gravity of the current intensity. If the gravity center position of the current intensity at the time of abnormality is (Vxa, Vya), if (Vxa, Vya) is applied to the deflector 136 (that is, if it is shifted by (Vxa-Vx 0 , Vya-Vy 0 )) It becomes possible to adjust the beam to the optimum irradiation position. When evaluating in more detail, for example, the comparison of the peak current value at the normal time and the peak current value at the time of abnormality in the profile, the shape of the beam profile, that is, the region of a certain amount of current or more, for example, 13.5% or more of the peak current The evaluation can be made by comparing the shape and area of the region between normal and abnormal. In other words, if the irradiation ion beam is only shifted, these peak values and profile shapes should not change so much, but if these change greatly, it can be determined that it cannot be handled only by correction by beam shift. This is because it becomes possible. If it is determined that this method cannot be corrected, (c-1), (c-2), etc. are dealt with.

以上説明してきたように、本実施例の構成によれば、2つのファラデーカップの電流をモニタすることにより、異常原因の切り分けが可能であり、その異常を補正することも可能となるため装置を安定的に使用することが可能となる。また、図12に示すように画面に2つの電流値を表示窓1201に表示してユーザがモニタ可能にしておくだけでも、ユーザが原因を切り分けるために役立つため効果的である。   As described above, according to the configuration of the present embodiment, by monitoring the currents of the two Faraday cups, the cause of the abnormality can be isolated and the abnormality can be corrected. It becomes possible to use it stably. Also, as shown in FIG. 12, just displaying two current values on the screen in the display window 1201 so that the user can monitor is effective because it helps the user to isolate the cause.

上記は予め設定した正常使用範囲を元に正常、異常を切り分けた場合を説明したが、他にも変化率を元に切り分けても良い。特に第1のファラデーカップ電流Ib1は加工時間以外は常にモニタすることが可能であるため、時間に対するIb1の変化を図13(a)のようにメモリしておき、図13(b)のように変化率の絶対値がある閾値1301より大きくなると、急激な状態変化がt1に起きたとして異常と判断することもできる。 The above describes the case where normality and abnormality are separated based on the normal use range set in advance. However, other cases may be divided based on the rate of change. In particular, since the first Faraday cup current I b1 can always be monitored except for the machining time, the change in I b1 with respect to time is stored as shown in FIG. If the absolute value of the rate of change is greater than a certain threshold 1301 as may be sudden state change is determined to be abnormal as happened t 1.

また、本実施例の変形例として、図1のイオンビーム加工装置を適用した走査電子顕微鏡 (Scanning Electron Spectroscopy、以下SEM)とイオンビーム加工装置との複合装置の例を図14に示す。本複合装置は、真空容器114上に設けられたイオンビーム光学系105と電子ビーム光学系1401とを有し、SEM機能により試料101の不良部等を検出、観察することができる。電子ビーム光学系1401は電子ビーム光学系制御装置1406で制御される。ここで、電子ビーム1402を用いて検査を行う理由は、イオンビームと異なり検査試料ウェーハを損傷させないこと、また現在の装置では一般的にイオンビームより分解能が高いこと等が理由である。   As a modification of the present embodiment, FIG. 14 shows an example of a combined apparatus of a scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM) to which the ion beam processing apparatus of FIG. 1 is applied and an ion beam processing apparatus. This composite apparatus has an ion beam optical system 105 and an electron beam optical system 1401 provided on a vacuum vessel 114, and can detect and observe a defective portion or the like of the sample 101 by the SEM function. The electron beam optical system 1401 is controlled by an electron beam optical system controller 1406. Here, the reason for performing the inspection using the electron beam 1402 is that, unlike the ion beam, the inspection sample wafer is not damaged, and the current apparatus generally has a higher resolution than the ion beam.

こうして検出された不良部等の中で試料内部を観察すべき場所について、イオンビーム光学系105を用いて断面加工、またはマイクロサンプリング法等の微小試料片摘出手法によって解析試料に加工する。ここでは、非傾斜試料台でも試料摘出可能なように傾斜したイオンビーム光学系105を有する例を示している。   About the place where the inside of the sample is to be observed in the defective portion detected in this way, the ion beam optical system 105 is used to process the sample by the cross section processing or the micro sample piece extraction method such as the micro sampling method. Here, an example is shown in which the ion beam optical system 105 is tilted so that the sample can be extracted even on a non-tilted sample stage.

図14に示す構成例では、電子ビーム光学系1401とイオンビーム光学系105が異なる位置にビームを照射する構成となっている。即ち、試料内の同一位置にビームを照射するためには試料台102を移動する必要がある。しかしながら、この構成では電子ビーム光学系1401とイオンビーム光学系105が機械的に干渉することが無いため、各々の光学系出口から試料までの距離を短くすることができる。これにより高分解能化や大電流化がやり易くなるという特徴がある。一方、図には記載していないが、電子ビームとイオンビームが同じ点に照射可能な構成としても良い。この場合は、光学系同士の機械的干渉を避けるために光学系先端を細くしたりすることが必要となるが、イオンビーム加工部をその場で電子ビームを使って観察できるという長所がある。   In the configuration example shown in FIG. 14, the electron beam optical system 1401 and the ion beam optical system 105 are configured to irradiate beams at different positions. That is, it is necessary to move the sample stage 102 in order to irradiate the beam at the same position in the sample. However, in this configuration, since the electron beam optical system 1401 and the ion beam optical system 105 do not mechanically interfere with each other, the distance from each optical system exit to the sample can be shortened. As a result, it is easy to increase resolution and increase current. On the other hand, although not shown in the figure, a configuration in which an electron beam and an ion beam can be applied to the same point may be employed. In this case, in order to avoid mechanical interference between the optical systems, it is necessary to make the tip of the optical system thinner, but there is an advantage that the ion beam processing portion can be observed on the spot using an electron beam.

図14中の101〜136の符号は図1の同番号の符号と同じであり、ここでは説明を省略する。アシストガス源1403は電子ビームアシストデポジションや電子ビームアシストエッチングのために使用するアシストガスを供給する。試料101の高さを計測する高さセンサ1405は高さセンサ制御装置1404で制御される。   Reference numerals 101 to 136 in FIG. 14 are the same as the reference numerals of FIG. 1, and the description thereof is omitted here. The assist gas source 1403 supplies assist gas used for electron beam assist deposition or electron beam assist etching. A height sensor 1405 that measures the height of the sample 101 is controlled by a height sensor control device 1404.

こうして電子ビーム1402を用いて検出された不良部の位置座標をステージ位置制御装置103から中央処理装置112に送りメモリしておく。但し、微細化が進む近年のデバイスでは不良解析すべき位置に必要な精度がサブミクロン以下であるためステージの絶対精度だけで加工すべき位置を特定することは難しい。このため、例えばアシストガス源1403からアシストデポジションガスを供給し、不良部近傍に電子ビーム1402を照射して電子ビームアシストデポジション膜によりマーキングすることで、不良位置を正確に特定するマークを形成しておく。そして不良部とマークを含むSEM像を取得し、中央処理装置112に送りメモリしておく。こうすることで、検出した不良部をイオンビームで加工して解析することができる。即ち、イオンビーム104の照射位置に検出された不良部が来るように、中央処理装置112に記録された不良部の位置座標にステージ位置制御装置103の制御で試料台102を移動する。ステージ位置精度にもよるが、一般的にはこのステージ移動により不良部、即ち上記電子ビームアシストデポジションによるマークがイオンビーム走査領域内に入る。ここでSIM像を取得し、予め中央処理装置112に記録されていたSEM像と比較することで、マーク位置から加工すべき不良部を特定することができ、不良解析が可能となる。このように不良検出から不良解析までを容易に実現することができる。   Thus, the position coordinates of the defective portion detected using the electron beam 1402 are sent from the stage position control device 103 to the central processing unit 112 and stored therein. However, in recent devices where miniaturization is progressing, it is difficult to specify the position to be processed only by the absolute accuracy of the stage because the accuracy required for the position to be analyzed for defects is submicron or less. For this reason, for example, an assist deposition gas is supplied from an assist gas source 1403, an electron beam 1402 is irradiated in the vicinity of the defective portion, and marking is performed with the electron beam assist deposition film, thereby forming a mark for accurately identifying the defective position. Keep it. Then, an SEM image including a defective portion and a mark is acquired and sent to the central processing unit 112 for storage. By doing so, the detected defective portion can be processed and analyzed with the ion beam. That is, the sample stage 102 is moved by the control of the stage position control device 103 to the position coordinates of the defective portion recorded in the central processing unit 112 so that the detected defective portion comes to the irradiation position of the ion beam 104. Although it depends on the stage position accuracy, in general, this stage movement causes a defective portion, that is, a mark by the electron beam assist deposition to enter the ion beam scanning region. Here, the SIM image is acquired and compared with the SEM image previously recorded in the central processing unit 112, whereby the defective portion to be processed can be specified from the mark position, and the failure analysis becomes possible. Thus, it is possible to easily realize from defect detection to defect analysis.

以上、図14に示した装置は、検出された不良部の解析を同一装置内のその場で一貫して行えるため、短時間での不良解析が可能となる。さらに、加工に使用するイオンビームに試料を汚染しないイオン、例えば酸素や窒素やアルゴン等を用いることで、試料ウェーハを汚染することなく検査から解析まで行うことが可能となり、解析後のウェーハを製造プロセスラインに戻すこともできる。この装置の場合は、装置稼働時間の中で電子ビーム1402による検査時間が半分以上を占めることも多いため、イオンビーム光学系105は待機状態であることが多い。しかし、待機状態でイオン源を停止させると、再立ち上げ時のイオンビーム安定性は悪くなるため、イオン源は常時動作させることが望まれる。このため上記で説明したとおり、この待機時間は第1のブランカ128をオンにして投射マスク115を損傷しないようにして、第1のファラデーカップ130でイオンビーム電流の安定性をモニタすることが大変効果的である。   As described above, since the apparatus shown in FIG. 14 can consistently analyze the detected defective portion on the spot in the same apparatus, it is possible to analyze the defect in a short time. Furthermore, by using ions that do not contaminate the sample, such as oxygen, nitrogen, or argon, in the ion beam used for processing, it is possible to perform from inspection to analysis without contaminating the sample wafer. You can also return to the process line. In the case of this apparatus, since the inspection time by the electron beam 1402 often occupies half or more of the apparatus operating time, the ion beam optical system 105 is often in a standby state. However, if the ion source is stopped in the standby state, the ion beam stability at the time of restarting is deteriorated, so that it is desirable to always operate the ion source. For this reason, as described above, it is very difficult to monitor the stability of the ion beam current with the first Faraday cup 130 by turning on the first blanker 128 so as not to damage the projection mask 115 during this waiting time. It is effective.

また、上記はイオンビームの実施例を説明したが、電子ビーム描画装置等に用いるマスクに対するビーム調整等は電子ビームでも同様の調整が可能である。   In the above, the ion beam embodiment has been described. However, the beam adjustment for the mask used in the electron beam drawing apparatus or the like can be made with the electron beam.

本実施例で説明したイオンビーム加工装置を用いることで、イオンビーム異常を検出し、原因の切り分け、異常補正等を行うことができるため加工失敗を抑制し、安定な加工を実現することができる。   By using the ion beam processing apparatus described in the present embodiment, an ion beam abnormality can be detected, the cause can be identified, the abnormality can be corrected, etc., so that processing failure can be suppressed and stable processing can be realized. .

本実施例では、本発明による投射マスク寿命の詳細な管理を実現するイオンビーム加工装置について説明する。 In this embodiment, an ion beam processing apparatus for realizing detailed management of the projection mask lifetime according to the present invention will be described.

実施例1でも述べたとおり、投射マスク115は装置の中でも寿命の短い部品である。このため、実施例1のようにイオンビーム電流異常が生じてから交換することも一つの方法であるが、寿命を推定して余裕を持って交換することが加工失敗を防ぎ安定的に装置を稼動するには有効である。しかし、この余裕を取りすぎると寿命が短くなるという問題がある。このため、できる限り正確に寿命を見積もることが重要となる。実施例1では試料への照射イオンビームIb2と試料加工の関係について(数4)で説明したが、投射マスク115についても同様の議論が成り立つ。即ち投射マスク寿命時間tmの式として(数5)が成り立つ。

Figure 2008176984
ここで、dmは投射マスクの密度、Wmは投射マスク構成元素の原子量、Dmは投射マスクの厚さ(開口部の厚さ)である。Smは投射マスクのスパッタ率で、これは照射イオンビームのイオン種、投射マスクへの照射イオンエネルギー、投射マスク構成材料で決まる。Amは投射マスクへのイオンビーム照射面積であり、例えば実施例1で図11を用いて説明したイオンビームプロファイル等からも求めることが可能である。Kは補正係数であり、ここでは特に開口のエッジ効果によるスパッタ増速の影響を補正するものであり、一般的には1よりも小さい値である。例えば0.5等になる場合も有る。 As described in the first embodiment, the projection mask 115 is a component having a short life in the apparatus. For this reason, it is one method to replace the ion beam current after abnormality occurs as in the first embodiment. However, it is possible to estimate the lifetime and replace it with a margin to prevent a processing failure and to stably operate the apparatus. It is effective to operate. However, there is a problem that the life is shortened if this allowance is taken too much. For this reason, it is important to estimate the life as accurately as possible. In the first embodiment, the relationship between the irradiation ion beam I b2 to the sample and the sample processing has been described in (Equation 4), but the same argument holds for the projection mask 115 as well. That is, (Expression 5) is established as an expression of the projection mask lifetime tm.
Figure 2008176984
Here, dm is the density of the projection mask, Wm is the atomic weight of the projection mask constituent element, and Dm is the thickness of the projection mask (thickness of the opening). Sm is the sputtering rate of the projection mask, which is determined by the ion species of the irradiation ion beam, the irradiation ion energy to the projection mask, and the projection mask constituent material. Am is the ion beam irradiation area to the projection mask, and can be obtained from, for example, the ion beam profile described with reference to FIG. K is a correction coefficient, which is used to correct the influence of sputter acceleration caused by the edge effect of the opening, and is generally a value smaller than 1. For example, it may be 0.5.

開口のエッジ効果について図15により以下に説明する。開口1501エッジは初期状態としては、図15(a)のような断面となっており、もしエッジ効果が無ければイオンビーム1502の照射により図15(b)の損傷部1503ように加工されるはずであるが、実際は図15(c)にようにエッジ部1504のスパッタ量の方が多くなる。これはスパッタ率が加工面への垂直入射の場合よりも傾斜している場合の方が大きくなることが原因であり、一度傾斜化した開口エッジ部の加工が増速されることによるものである。この増速効果を上記補正係数Kで補正することができる。以上の数値を設定すれば、後は第1のファラデーカップの電流Ib1により寿命時間が決定できることになる。ただし、中央処理装置により計算されるこの時間tmはある1つの開口に対する寿命である。実際のある開口の使用時間taは、イオンビーム光学系105稼働時間の内、投射マスク駆動機構126によりその開口を選択し、かつ第1のブランカ128をオフしているイオンビーム照射時間であり、これは中央処理装置112で管理される。即ちこの使用時間taが時間tmより小さい時間は使用できることになる。実際はマージンを取ることになり、例えば2割のマージンをとる場合にはtmの0.8倍程度に使用時間taが達した場合に、中央処理装置112が表示装置113に投射マスク115の交換時期が来たことを表示することで、ユーザに知らせることができる。一般的にはどれか1つの開口が上記寿命条件に達した時点で寿命とするが、実施例1で説明したように投射マスク115が同形状の開口を複数有する場合は寿命条件に達した開口を使用禁止とし、代替開口を使用することで継続使用が可能になる。 The edge effect of the opening will be described below with reference to FIG. The edge of the opening 1501 has a cross section as shown in FIG. 15A as an initial state, and if there is no edge effect, it should be processed as a damaged portion 1503 in FIG. However, in actuality, as shown in FIG. 15C, the amount of sputtering of the edge portion 1504 becomes larger. This is due to the fact that the sputtering rate is larger when it is inclined than when it is perpendicularly incident on the processing surface, and this is because the processing of the once-inclined opening edge portion is accelerated. . This acceleration effect can be corrected by the correction coefficient K. If the above numerical values are set, the lifetime can be determined by the current I b1 of the first Faraday cup. However, this time tm calculated by the central processing unit is the lifetime for a certain opening. The actual use time ta of the aperture is the ion beam irradiation time during which the aperture is selected by the projection mask drive mechanism 126 and the first blanker 128 is turned off within the operation time of the ion beam optical system 105. This is managed by the central processing unit 112. In other words, the usage time ta can be used for a time shorter than the time tm. Actually, a margin is taken. For example, when a margin of 20% is taken, when the usage time ta reaches about 0.8 times tm, the central processing unit 112 comes to the display device 113 to replace the projection mask 115. By displaying this, it is possible to notify the user. In general, the lifetime is reached when any one of the openings reaches the above-mentioned life condition. However, as described in the first embodiment, when the projection mask 115 has a plurality of openings having the same shape, the opening that has reached the life condition. The use is prohibited, and continuous use becomes possible by using an alternative opening.

上記の寿命条件導出は、投射マスク115への照射ビーム電流値を元に計算されるため寿命を簡便に見積もるためには大変有効であるが、より詳細に投射マスクの開口の状態をモニタする方法について以下に説明する。図16に示すようにこのイオンビーム光学系は投射レンズ115のイオン源側にイオン源制限マスク1601を有する。これは図示はしていないが、試料加工用の大電流イオンビームを通過させる大きな開口や、試料観察や微細加工のためにイオンビームの幾何学収差を抑制するための微小な開口を有し、イオン源制限マスクの駆動機構(図示せず)で開口を選択できる。ここでは、投射マスク115の開口形状をモニタするために微小な開口1602を選択する。ここでは例えば10μm径の開口を選択したとする。次にこのイオン源制限マスク1601の開口が投射マスク115に投射される条件に照射レンズ120電圧を設定する。このときの照射レンズ120の投射倍率がMcであれば、投射マスク115上には10μmにMcを乗じた大きさのビーム径でイオンビームが照射されることになる。ここで、偏向器136でこのイオンビーム1603を偏向走査する。   The above-described life condition derivation is calculated based on the irradiation beam current value to the projection mask 115 and is therefore very effective for simply estimating the life, but a method for monitoring the state of the projection mask opening in more detail. Is described below. As shown in FIG. 16, this ion beam optical system has an ion source limiting mask 1601 on the ion source side of the projection lens 115. Although not shown in the figure, it has a large opening for passing a high-current ion beam for sample processing, and a minute opening for suppressing geometric aberration of the ion beam for sample observation and fine processing, The opening can be selected by a driving mechanism (not shown) of the ion source limiting mask. Here, a minute opening 1602 is selected to monitor the opening shape of the projection mask 115. Here, for example, it is assumed that an opening having a diameter of 10 μm is selected. Next, the irradiation lens 120 voltage is set under the condition that the opening of the ion source restriction mask 1601 is projected onto the projection mask 115. If the projection magnification of the irradiation lens 120 at this time is Mc, the ion beam is irradiated onto the projection mask 115 with a beam diameter of a size obtained by multiplying Mc by 10 μm. Here, the ion beam 1603 is deflected and scanned by the deflector 136.

このときの第2のファラデーカップ134電流Ib2を強度信号として開口1604の通過電流プロファイルを例えば図17(a)のように得ることができる。すなわちこれは開口1604エッジにより2値化された像となり、開口でイオンビームが通過する領域1701が明るく観察され、投射マスクで遮蔽されイオンビームが通過しない領域1702が暗く観察される。ここで予め中央処理装置112に記録しておいた投射マスクの初期状態での開口通過電流プロファイル図17(b)と比較することで、開口1604エッジの損傷を確認することができる。例えば図17(a)は異常形状1703が損傷を受けて開口パターンが変形した領域であり、寿命が来たと認識できる。また図17(c)のように領域1705が正常の領域1704よりも大きく観察された場合も、損傷により全体的に開口サイズが大きくなった場合であり寿命と認識できる。 A passing current profile of the opening 1604 can be obtained as shown in FIG. 17A, for example, using the second Faraday cup 134 current I b2 at this time as an intensity signal. That is, this is an image binarized by the edge of the opening 1604, and a region 1701 where the ion beam passes through the opening is observed brightly, and a region 1702 which is shielded by the projection mask and does not pass the ion beam is observed darkly. Here, damage to the edge of the opening 1604 can be confirmed by comparing with the opening passing current profile in the initial state of the projection mask previously recorded in the central processing unit 112 (FIG. 17B). For example, FIG. 17A shows a region where the abnormal shape 1703 is damaged and the opening pattern is deformed, and it can be recognized that the lifetime has come. Also, as shown in FIG. 17C, when the region 1705 is observed larger than the normal region 1704, it is a case where the opening size is increased as a whole due to damage, and can be recognized as a lifetime.

上記図16により説明した開口モニタは開口エッジをモニタすることができる方法であるが、投射マスク115の開口のより詳細な情報を得るためには図18に示す構成にすると良い。図18と大きく異なる点は、投射マスク115に電流計1801が接続されており、流入電流を測定することができる点である。ここで、投射マスク流入電流Imは以下の(数6)で表される。

Figure 2008176984
ここで、Ieはイオンビーム照射により投射マスクから放出される二次電子電流である。即ち、(数6)から二次電子電流Ieは(数7)で表される。
Figure 2008176984
このため図16で説明したとおり、イオンビーム制限マスク1601の微小開口1602を照射レンズ120により投射マス115ク上に投射する条件で、偏向器136でイオンビーム1603を偏向走査し、予め測定しておいた第1のファラデーカップ電流Ib1と、偏向走査に伴う第2のファラデーカップ電流Ib2と投射マスク流入電流Imをモニタすることにより、中央処理装置112で(数7)の演算を行うことで、投射マスク115の二次電子像を図19のように得ることができる。この像は二次電子の放出のしやすさが画像化されるため、開口部は領域1901のように暗く、それ以外の領域1902等はそれよりも明るく観察される。また、例えば開口エッジが斜面に削れている領域1903は明るく観察され、または汚染物(コンタミ)が形成された領域1904等は暗く観察される等、図17と異なり開口周りのより詳細な情報を得ることができる。また、損傷領域1905を観察することで、イオンビームが開口に対してどのように照射されていたかが分かり、照射位置ずれ等も認識することができる。 The aperture monitor described with reference to FIG. 16 is a method capable of monitoring the aperture edge. However, in order to obtain more detailed information on the aperture of the projection mask 115, the configuration shown in FIG. A significant difference from FIG. 18 is that an ammeter 1801 is connected to the projection mask 115 and an inflow current can be measured. Here, the projection mask inflow current Im is expressed by the following (Equation 6).
Figure 2008176984
Here, Ie is a secondary electron current emitted from the projection mask by ion beam irradiation. That is, from (Expression 6), the secondary electron current Ie is expressed by (Expression 7).
Figure 2008176984
Therefore, as described with reference to FIG. 16, the ion beam 1603 is deflected and scanned by the deflector 136 under the condition that the minute aperture 1602 of the ion beam limiting mask 1601 is projected onto the projection mass 115 by the irradiation lens 120 and measured in advance. The central processing unit 112 performs the calculation of (Equation 7) by monitoring the first Faraday cup current I b1 , the second Faraday cup current I b2 associated with the deflection scan, and the projection mask inflow current Im. Thus, a secondary electron image of the projection mask 115 can be obtained as shown in FIG. In this image, since the ease of secondary electron emission is imaged, the opening is dark as in a region 1901 and the other regions 1902 and the like are observed brighter. Further, unlike FIG. 17, for example, a region 1903 in which the opening edge is cut into a slope is observed brightly, or a region 1904 in which contaminants (contamination) are formed is observed in darkness. Obtainable. Further, by observing the damaged region 1905, it is possible to know how the ion beam is applied to the aperture and to recognize an irradiation position shift or the like.

本実施例で説明したイオンビーム光学系を有するイオンビーム加工装置を用いることで、より詳細な投射マスク損傷を把握することが可能であるため、投射マスク損傷による加工失敗を抑制し、安定な加工を実現することができる。   By using the ion beam processing apparatus having the ion beam optical system described in the present embodiment, it is possible to grasp more detailed projection mask damage, so that processing failure due to projection mask damage is suppressed and stable processing is performed. Can be realized.

本実施例では、本発明によるイオンビームの異常検出を実現するFIB装置について説明する。   In this embodiment, an FIB apparatus that realizes ion beam abnormality detection according to the present invention will be described.

実施例1、実施例2はPJIBの例について説明したが、同様のイオンビーム検出をFIBでも実現可能である。図20に示すFIB装置は、半導体ウェーハ等の試料2101の試料基板を載置する可動の試料台2102と、試料2101の観察、加工位置を特定するため試料台2102の位置を制御する試料位置制御装置2103と、試料2101にイオンビーム2104を照射して加工を行うイオンビーム光学系2105と、試料2101からの2次電子を検出する二次電子検出器2106を有する。二次電子検出器2106は二次電子検出器制御装置2107により制御される。イオンビームアシストデポジションやイオンビームアシストエッチングのために使用するアシストガスを供給するアシストガス源2108はガス源制御装置2109により制御される。また、加工試料の摘出や電気特性測定用のプローブ2110はプローブ制御装置2111により制御される。二次電子検出器制御装置2107、ガス源制御装置2109、試料位置制御装置2103、プローブ制御装置2110、また後述するイオンビーム光学系2105の各構成要素の制御装置等は、中央処理装置2112により制御される。ここで言う中央処理装置2112とは例えばパーソナルコンピュータやワークステーション等が一般的には使用される。また、表示装置2113を有する。試料台2102、イオンビーム光学系2105、二次電子検出器2106、アシストガス源2108等は真空容器2114内に配置される。この構成によりイオンビーム光学系2105で形成されたイオンビーム2104を試料台2102上に載置された試料2101に照射して加工する。   In the first and second embodiments, the example of the PJIB has been described. However, similar ion beam detection can be realized by the FIB. The FIB apparatus shown in FIG. 20 has a movable sample stage 2102 for placing a sample substrate of a sample 2101 such as a semiconductor wafer, and a sample position control for controlling the position of the sample stage 2102 in order to specify the observation and processing position of the sample 2101. An apparatus 2103, an ion beam optical system 2105 that performs processing by irradiating the sample 2101 with the ion beam 2104, and a secondary electron detector 2106 that detects secondary electrons from the sample 2101 are included. The secondary electron detector 2106 is controlled by a secondary electron detector controller 2107. An assist gas source 2108 for supplying an assist gas used for ion beam assist deposition or ion beam assist etching is controlled by a gas source controller 2109. A probe 2110 for extracting a processed sample and measuring electrical characteristics is controlled by a probe controller 2111. The central processing unit 2112 controls the secondary electron detector control device 2107, the gas source control device 2109, the sample position control device 2103, the probe control device 2110, and the control devices of each component of the ion beam optical system 2105 described later. Is done. For example, a personal computer or a workstation is generally used as the central processing unit 2112 here. In addition, the display device 2113 is included. A sample stage 2102, an ion beam optical system 2105, a secondary electron detector 2106, an assist gas source 2108, and the like are arranged in a vacuum vessel 2114. With this configuration, the ion beam 2104 formed by the ion beam optical system 2105 is irradiated to the sample 2101 placed on the sample stage 2102 for processing.

次にイオンビーム光学系2105の詳細について説明する。イオンを生成するのがイオン源2116であり、イオン源制御装置2117で制御される。本実施例ではプラズマイオン源の場合を示している。プラズマイオン源としては、デュオプラズマトロンや誘導結合型プラズマ型イオン源やペニング型イオン源やマルチカスプ型イオン源等、様々なイオン源を用いることが可能である。これらのプラズマイオン源は酸素や窒素や希ガス等といったガス材料のイオン源として主に用いられている。プラズマイオン源以外にもガス材料のイオン源としては電解電離イオン源等も利用される。また、金属等の材料のイオン源としては液体金属イオン源等も用いられ、本装置でも様々なイオン源の利用が可能である。イオンは引出し電極2118を介してイオンビームとして引き出される。引き出されたイオンビームは集束レンズ電源2119で制御される集束レンズ2120と、対物レンズ電源2121で制御される対物レンズ2122で試料2101上に集束される。   Next, details of the ion beam optical system 2105 will be described. The ion source 2116 generates ions and is controlled by the ion source controller 2117. In this embodiment, the case of a plasma ion source is shown. As the plasma ion source, various ion sources such as a duoplasmatron, an inductively coupled plasma ion source, a Penning ion source, and a multicusp ion source can be used. These plasma ion sources are mainly used as ion sources for gas materials such as oxygen, nitrogen, and rare gases. In addition to the plasma ion source, an ionization ion source or the like is also used as an ion source for the gas material. In addition, a liquid metal ion source or the like is also used as an ion source of a material such as a metal, and various ion sources can be used in this apparatus. Ions are extracted as an ion beam through an extraction electrode 2118. The extracted ion beam is focused on the sample 2101 by a focusing lens 2120 controlled by a focusing lens power source 2119 and an objective lens 2122 controlled by an objective lens power source 2121.

即ち、このFIB構成では、集束レンズ2120のイオン源側でイオンビームが最も絞られる点を、集束レンズ2120と対物レンズ2122の2段で試料上に結像するような条件で集束レンズ2120、対物レンズ2122を用いる。ちなみに上記のイオンビームが最も絞られる点とは、例えばプラズマイオン源等であればアノードの開口や、実施例2で説明した例であればイオン源制限マスクの開口等であり、液体金属イオン源や電解電離型イオン源の場合は、イオン放出点である。また、プラズマイオン源の場合は、上記のような集束レンズと対物レンズの2段レンズでの結像以外にも、集束レンズ2120で形成したイオンビームのクロスポイントを対物レンズ2122で試料上に結像する方法もある。   That is, in this FIB configuration, the focusing lens 2120, the objective lens 2120, the objective lens 2120, and the objective lens 2122 are focused on the point where the ion beam is most focused on the sample in two stages. A lens 2122 is used. Incidentally, the point where the ion beam is most focused is, for example, an opening of an anode in the case of a plasma ion source or the like, and an opening of an ion source restriction mask in the example described in the second embodiment. In the case of an ionization ion source, the ion emission point. In the case of a plasma ion source, in addition to the image formation by the two-stage lens of the focusing lens and the objective lens as described above, the cross point of the ion beam formed by the focusing lens 2120 is connected to the sample by the objective lens 2122. There is also a way to image.

また、PJIBとの大きな違いは、試料の加工形状を投射マスク開口形状で決めるのではなく、上記のように試料上にスポット上に絞ったイオンビームを主偏向器制御装置2123で制御される主偏向器2124で偏向走査することでイオンビーム照射位置を決め加工する点である。このため、任意の形状の加工をすることが可能である。このFIB装置の中で、開口を有する板状部材で構成されたビーム制限開口2115は試料上のイオンビームスポット径とイオンビーム電流値を決めるために使用される。即ち、通常円形のサイズの違う開口を複数有し、これをビーム制限開口制御装置2125により制御されるビーム制限開口駆動機構2126により切り替えることで、大きい開口ではビーム径が太いため加工精度は悪いが大電流を用いた高速加工、小さい開口では小電流のため低速加工であるがビーム径が細いため高精度な加工といったさまざまな加工を実現できる。また、主偏向器2124で走査し、その走査に伴い発生する二次電子を二次電子検出器2106で検出し、これをコントラスト信号として表示装置2113に画像化することにより、試料2101表面のSIM像を取得することが可能である。   Also, the major difference from PJIB is that the processed shape of the sample is not determined by the shape of the projection mask opening, but the ion beam focused on the spot on the sample as described above is controlled by the main deflector controller 2123. The point is that the ion beam irradiation position is determined and processed by performing deflection scanning with the deflector 2124. For this reason, it is possible to process an arbitrary shape. In this FIB apparatus, a beam limiting aperture 2115 formed of a plate-shaped member having an aperture is used to determine an ion beam spot diameter and an ion beam current value on the sample. That is, a plurality of apertures of different circular sizes are usually provided and switched by the beam limiting aperture drive mechanism 2126 controlled by the beam limiting aperture control device 2125. However, since the beam diameter is large at a large aperture, the processing accuracy is poor. Various processing such as high-speed machining using a large current and low-speed machining due to a small current at a small opening, but high-precision machining due to the narrow beam diameter can be realized. Further, scanning is performed by the main deflector 2124, secondary electrons generated by the scanning are detected by the secondary electron detector 2106, and this is imaged on the display device 2113 as a contrast signal, whereby the SIM on the surface of the sample 2101 is detected. An image can be acquired.

ここで、図20に示すように、実施例1、2と同様にこのビーム制限開口2115の上に第1のブランカ制御装置2127で制御される第1のブランカ2128と第1のファラデーカップ電流計2129が接続される第1のファラデーカップ2130、下に第2のブランカ制御装置2131で制御される第2のブランカ2132と第2のファラデーカップ電流計2133が接続される第2のファラデーカップ2134を有する構成としている。また、ビーム制限開口2115の上に偏向器制御装置2135で制御される偏向器2136を有する。こうすることで、ビーム制限開口2115の上下のイオンビーム電流をそれぞれモニタすることができるため、実施例1と実施例2に示した異常検出と同様の効果をFIBでも得ることができることとなる。   Here, as shown in FIG. 20, the first blanker 2128 and the first Faraday cup ammeter controlled by the first blanker controller 2127 above the beam limiting aperture 2115 as in the first and second embodiments. A first Faraday cup 2130 to which 2129 is connected, a second blanker 2132 controlled by a second blanker controller 2131 and a second Faraday cup 2134 to which a second Faraday cup ammeter 2133 is connected. It has the composition to have. Further, a deflector 2136 controlled by a deflector control device 2135 is provided on the beam limiting aperture 2115. In this way, since the ion beam currents above and below the beam limiting aperture 2115 can be monitored, the same effect as the abnormality detection shown in the first and second embodiments can be obtained by the FIB.

本実施例で説明したイオンビーム加工装置を用いることで、FIBにおいてもイオンビーム異常を検出し、原因の切り分け、補正等を行うことができるため加工失敗を抑制し、安定な加工を実現することができる。   By using the ion beam processing apparatus described in this embodiment, an ion beam abnormality can be detected even in FIB, and the cause can be identified and corrected, so that processing failure can be suppressed and stable processing can be realized. Can do.

また、上記はイオンビームの実施例を説明したが、アパーチャに対するビーム調整等は電子ビームでも同様の調整が可能であるためSEMなどの他の荷電粒子線装置でも同様の効果が得られる。   Further, although the ion beam embodiment has been described above, the same effect can be obtained with other charged particle beam devices such as an SEM because the beam can be adjusted with respect to the aperture by the electron beam.

以上、詳述してきた、本発明は半導体プロセスの検査、解析に効果を発揮するため、半導体製造メーカでの歩留向上のために利用でき、コスト削減等に大きく寄与できる。   As described above, since the present invention is effective for inspection and analysis of semiconductor processes, it can be used to improve yields at semiconductor manufacturers and can greatly contribute to cost reduction.

本発明の第一の実施例によるPJIB装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the PJIB apparatus by the 1st Example of this invention. 第一の実施例のファラデーカップ及びブランカを示す図。The figure which shows the Faraday cup and blanker of a 1st Example. 第一の実施例の2段のブランカとファラデーカップの動作例を示す図。The figure which shows the operation example of the two-step blanker and Faraday cup of a 1st Example. 第一の実施例の加工フローの例を示す図。The figure which shows the example of the processing flow of a 1st Example. 第一の実施例の異常表示の例を示す図。The figure which shows the example of the abnormality display of a 1st Example. 第一の実施例の対応マニュアル表示例を示す図。The figure which shows the corresponding manual display example of a 1st Example. 第一の実施例のデュオプラズマトロンの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the duoplasmatron of a 1st Example. 第一の実施例の投射マスクへのイオンビーム照射ずれを説明するための図。The figure for demonstrating the ion beam irradiation shift | offset | difference to the projection mask of a 1st Example. 第一の実施例の中心対称の開口の例を示す図。The figure which shows the example of the opening of center symmetry of a 1st Example. 第一の実施例の中心対称でない開口でのイオンビーム照射の例を示す図。The figure which shows the example of ion beam irradiation with the opening which is not centrally symmetric of a 1st Example. 第一の実施例のイオンビームプロファイルの取得方法の例を示す図。The figure which shows the example of the acquisition method of the ion beam profile of a 1st Example. 第一の実施例の2箇所のイオンビームモニタ値の表示の例を示す図。The figure which shows the example of a display of the ion beam monitor value of two places of a 1st Example. 第一の実施例におけるイオンビームモニタ電流の時間変化の例を示す図。The figure which shows the example of the time change of the ion beam monitor current in a 1st Example. 第一の実施例の変形例としてのPJIB−SEM複合装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the PJIB-SEM composite apparatus as a modification of a 1st Example. 本発明の第二の実施例を説明するための投射マスク開口エッジのスパッタ損傷の例を示す図。The figure which shows the example of the sputter | spatter damage of the projection mask opening edge for demonstrating the 2nd Example of this invention. 第二の実施例における投射マスク形状モニタの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the projection mask shape monitor in a 2nd Example. 第二の実施例による投射マスク開口通過電流プロファイルの例を示す図。The figure which shows the example of the projection mask aperture passage current profile by the 2nd Example. 第二の実施例による投射マスク形状の二次電子モニタの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the secondary electron monitor of the projection mask shape by a 2nd Example. 第二の実施例による投射マスク二次電子像の例を示す図。The figure which shows the example of the projection mask secondary electron image by a 2nd Example. 本発明の第三の実施例であるFIB装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the FIB apparatus which is the 3rd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101…試料、102…試料台、103…試料位置制御装置、104…イオンビーム、105…イオンビーム光学系、106…二次電子検出器、107…二次電子検出器制御装置、108…アシストガス源、109…ガス源制御装置、110…プローブ、111…プローブ制御装置、112…中央処理装置、113…表示装置、114…真空容器、115…投射マスク、116…イオン源、117…イオン源制御装置、118…引出し電極、119…照射レンズ電源、120…照射レンズ、121…投射レンズ電源、122…投射レンズ、123…主偏向器制御装置、124…主偏向器、125…投射マスク制御装置、126…投射マスク駆動機構、127…第1のブランカ制制御装置、128…第1のブランカ、129…第1のファラデーカップ電流計、130…第1のファラデーカップ、131…第2のブランカ制制御装置、132…第2のブランカ、133…第2のファラデーカップ電流計、134…第2のファラデーカップ、135…偏向器制御装置、136…偏向器、201…ファラデーカップ、202…二次電子、203…イオンビーム、204…電流計、205…ファラデーカップ、206…微小穴、207…ブランカ、208…電流計、501…表示、502…装置の概略構成、503…領域、601…対応フロー、602…質問、603…ボタン、701…カソード、702…中間電極、703…磁石、704…アノード、705…制御電極、801…開口、802…照射ビーム、901〜905…開口、1001…照射イオンビーム、1002…中心付近、1003…開口、1101…微小開口、1201…表示窓、1301…閾値、1401…電子ビーム光学系、1402…電子ビーム、1403…アシストガス源、1404…高さセンサ制御装置、1405…高さセンサ、1406…電子ビーム光学系制御装置、1501…開口、1502…イオンビーム、1503…損傷部、1504…エッジ部、1601…イオンビーム源マスク、1602…開口、1603…イオンビーム、1604…開口、1701、1702…領域、1703…異常形状、1704、1705…領域、1801…電流計、1901、1902、1903、1904…領域、1905…損傷領域、2101…試料、2102…試料台、2103…試料位置制御装置、2104…イオンビーム、2105…イオンビーム光学系、2106…二次電子検出器、2107…二次電子検出器制御装置、2108…アシストガス源、2109…ガス源制御装置、2110…プローブ、2111…プローブ制御装置、2112…中央処理装置、2113…表示装置、2114…真空容器、2115…ビーム制限開口、2116…イオン源、2117…イオン源制御装置、2118…引出し電極、2119…照射レンズ電源、2120…照射レンズ、2121…対物レンズ電源、2122…対物レンズ、2123…主偏向器制御装置、2124…主偏向器、2125…ビーム制限開口制御装置、2126…ビーム制限開口駆動機構、2127…第1のブランカ制制御装置、2128…第1のブランカ、2129…第1のファラデーカップ電流計、2130…第1のファラデーカップ、2131…第2のブランカ制制御装置、2132…第2のブランカ、2133…第2のファラデーカップ電流計、2134…第2のファラデーカップ、2135…偏向器制御装置、2136…偏向器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Sample, 102 ... Sample stand, 103 ... Sample position control apparatus, 104 ... Ion beam, 105 ... Ion beam optical system, 106 ... Secondary electron detector, 107 ... Secondary electron detector control apparatus, 108 ... Assist gas 109, gas source control device, 110 ... probe, 111 ... probe control device, 112 ... central processing unit, 113 ... display device, 114 ... vacuum vessel, 115 ... projection mask, 116 ... ion source, 117 ... ion source control 118: Extraction electrode, 119 ... Irradiation lens power supply, 120 ... Irradiation lens, 121 ... Projection lens power supply, 122 ... Projection lens, 123 ... Main deflector control device, 124 ... Main deflector, 125 ... Projection mask control device, 126 ... projection mask drive mechanism, 127 ... first blanker control device, 128 ... first blanker, 129 ... first Faraday 130 ... first Faraday cup 131 ... second blanker control device 132 ... second blanker 133 ... second Faraday cup ammeter 134 ... second Faraday cup 135 ... Deflector control device, 136 ... Deflector, 201 ... Faraday cup, 202 ... Secondary electron, 203 ... Ion beam, 204 ... Ammeter, 205 ... Faraday cup, 206 ... Micro hole, 207 ... Blanker, 208 ... Ammeter, 501 ... Display, 502 ... Schematic configuration of device, 503 ... Area, 601 ... Correspondence flow, 602 ... Question, 603 ... Button, 701 ... Cathode, 702 ... Intermediate electrode, 703 ... Magnet, 704 ... Anode, 705 ... Control electrode, 801... Opening, 802... Irradiation beam, 901 to 905... Opening, 1001... Irradiation ion beam, 1002. DESCRIPTION OF SYMBOLS 03 ... Aperture, 1101 ... Minute aperture, 1201 ... Display window, 1301 ... Threshold, 1401 ... Electron beam optical system, 1402 ... Electron beam, 1403 ... Assist gas source, 1404 ... Height sensor controller, 1405 ... Height sensor, DESCRIPTION OF SYMBOLS 1406 ... Electron beam optical system control apparatus, 1501 ... Aperture, 1502 ... Ion beam, 1503 ... Damaged part, 1504 ... Edge part, 1601 ... Ion beam source mask, 1602 ... Aperture, 1603 ... Ion beam, 1604 ... Aperture, 1701, 1702 ... Area, 1703 ... Abnormal shape, 1704, 1705 ... Area, 1801 ... Ammeter, 1901, 1902, 1903, 1904 ... Area, 1905 ... Damaged area, 2101 ... Sample, 2102 ... Sample stage, 2103 ... Sample position control device 2104 ... Ion beam 2105 ... Ion beam optical system 2106 ... Secondary electron detector, 2107 ... Secondary electron detector control device, 2108 ... Assist gas source, 2109 ... Gas source control device, 2110 ... Probe, 2111 ... Probe control device, 2112 ... Central processing unit, 2113 ... Display device, 2114 ... vacuum vessel, 2115 ... beam limiting aperture, 2116 ... ion source, 2117 ... ion source control device, 2118 ... extraction electrode, 2119 ... irradiation lens power supply, 2120 ... irradiation lens power, 2121 ... objective lens power supply, 2122 ... Objective lens, 2123 ... main deflector control device, 2124 ... main deflector, 2125 ... beam limiting aperture control device, 2126 ... beam limiting aperture drive mechanism, 2127 ... first blanker control device, 2128 ... first blanker, 2129 ... 1st Faraday cup ammeter, 2130 ... 1st Faraday cup , 2131 ... second blanker system controller, 2132 ... second blanker, 2133 ... second Faraday cup ammeter, 2134 ... second Faraday cup, 2135 ... deflector controller, 2136 ... deflector.

Claims (18)

試料を保持する試料ステージと、イオンビームを発生させるイオン源と、開口を有する板状部材と、前記試料ステージに保持される試料に対して前記開口を透過したイオンビームを照射する照射光学系を有するイオンビーム加工装置において、
前記板状部材のイオン源側にブランカとビーム電流検出器を有し、前記試料への前記イオンビームの照射不要時に、前記ブランカをオンして前記ビーム電流検出器で電流をモニタする
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
A sample stage for holding a sample, an ion source for generating an ion beam, a plate-like member having an opening, and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with an ion beam transmitted through the opening In an ion beam processing apparatus having
A blanker and a beam current detector are provided on the ion source side of the plate-like member, and the current is monitored by the beam current detector by turning on the blanker when irradiation of the ion beam to the sample is unnecessary. Ion beam processing equipment.
請求項1記載のイオンビーム加工装置において、
前記開口を有する板状部材はパターン開口を有する投射マスクである
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
The ion beam processing apparatus according to claim 1,
The ion beam processing apparatus, wherein the plate-like member having the opening is a projection mask having a pattern opening.
請求項1記載のイオンビーム加工装置において、
表示装置を更に有し、
前記ビーム電流検出器の電流が予め設定した電流値範囲以上に変動した場合には、前記表示装置に異常を示す表示、または対処マニュアルを表示する
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
The ion beam processing apparatus according to claim 1,
A display device;
An ion beam processing apparatus, wherein when the current of the beam current detector fluctuates beyond a preset current value range, a display indicating abnormality or a countermeasure manual is displayed on the display device.
請求項1記載のイオンビーム加工装置において、
前記ビーム電流検出器がファラデーカップである
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
The ion beam processing apparatus according to claim 1,
The ion beam processing apparatus, wherein the beam current detector is a Faraday cup.
試料を保持する試料ステージと、イオンビームを発生させるイオン源と、開口を有する板状部材と、前記試料に対して前記開口を透過したイオンビームを照射する照射光学系を有するイオンビーム加工装置において、
前記開口のイオン源側に第1のブランカと第1のビーム電流検出器を有し、前記開口の試料側に第2のブランカと第2のビーム電流検出器を有することを特徴とするイオンビーム加工装置。
In an ion beam processing apparatus having a sample stage for holding a sample, an ion source for generating an ion beam, a plate-like member having an opening, and an irradiation optical system for irradiating the ion beam transmitted through the opening to the sample ,
An ion beam comprising: a first blanker and a first beam current detector on the ion source side of the opening; and a second blanker and a second beam current detector on the sample side of the opening. Processing equipment.
請求項5記載のイオンビーム加工装置において、
前記試料への前記イオンビームの照射不要時には前記第1のブランカをオンして前記第1のビーム電流検出器で電流をモニタし、前記試料への前記イオンビームの照射直前に前記第1のブランカをオフし、前記第2のブランカをオンして前記第2のビーム電流検出器で電流をモニタする
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
In the ion beam processing apparatus according to claim 5,
When the irradiation of the ion beam to the sample is unnecessary, the first blanker is turned on, the current is monitored by the first beam current detector, and the first blanker is immediately before irradiation of the ion beam to the sample. Is turned off, the second blanker is turned on, and the current is monitored by the second beam current detector.
請求項5、または6記載のイオンビーム加工装置において、
前記開口を有する板状部材は、複数のパターン開口を有する投射マスクである
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
The ion beam processing apparatus according to claim 5 or 6,
The ion beam processing apparatus, wherein the plate-like member having the opening is a projection mask having a plurality of pattern openings.
請求項7記載のイオンビーム加工装置において、
表示装置を更に有し、前記第1のビーム電流検出器の電流値と前記第2のビーム電流検出器の電流値を前記表示装置に表示する
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
In the ion beam processing apparatus according to claim 7,
An ion beam processing apparatus further comprising a display device, wherein the current value of the first beam current detector and the current value of the second beam current detector are displayed on the display device.
請求項8記載のイオンビーム加工装置において、
前記第1のビーム電流検出器の電流値から算出される時間と前記パターン開口へのイオンビーム照射時間を比較することにより、前記投射マスクの交換時期を前記表示装置に表示する
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
The ion beam processing apparatus according to claim 8, wherein
By comparing the time calculated from the current value of the first beam current detector and the ion beam irradiation time to the pattern opening, the replacement timing of the projection mask is displayed on the display device. Ion beam processing equipment.
請求項8記載のイオンビーム加工装置において、
前記第1のビーム電流検出器の電流が予め設定した電流値範囲以上に変動した場合には、前記表示装置に異常を示す表示、または対処マニュアルを表示する
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
The ion beam processing apparatus according to claim 8, wherein
An ion beam processing apparatus, wherein when the current of the first beam current detector fluctuates beyond a preset current value range, a display indicating abnormality or a countermeasure manual is displayed on the display device.
請求項8記載のイオンビーム加工装置において、
前記第1のビーム電流検出器の電流が予め設定した電流値範囲内で、前記第2のビーム電流検出器の電流が予め設定した電流値より大きい場合には、前記表示装置に前記投射マスクの異常を示す表示、または対処マニュアルを表示する
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
The ion beam processing apparatus according to claim 8, wherein
When the current of the first beam current detector is within a preset current value range and the current of the second beam current detector is larger than the preset current value, the display device is provided with the projection mask. An ion beam processing apparatus characterized by displaying a display indicating an abnormality or a countermeasure manual.
請求項7記載のイオンビーム加工装置において、
前記第2のビーム電流検出器の電流値と予め登録した前記パターン開口の開口面積から算出される時間のみ、前記第1のブランカ及び第2のブランカを共にオフする
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
In the ion beam processing apparatus according to claim 7,
Both the first blanker and the second blanker are turned off only for a time calculated from the current value of the second beam current detector and the opening area of the pattern opening registered in advance. apparatus.
請求項7記載のイオンビーム加工装置において、
前記投射マスクのイオン源側に配置される偏向器を有し、
前記第1のビーム電流検出器の電流が予め設定した電流値範囲内で、前記第2のビーム電流検出器の電流が予め設定した電流値より小さい場合には、前記第2のビーム電流検出器の電流が前記予め設定した電流値範囲内となるビーム偏向条件に前記偏向器を設定する
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
In the ion beam processing apparatus according to claim 7,
A deflector disposed on the ion source side of the projection mask;
When the current of the first beam current detector is within a preset current value range and the current of the second beam current detector is smaller than the preset current value, the second beam current detector The ion beam machining apparatus is characterized in that the deflector is set to a beam deflection condition in which the current of the current falls within the preset current value range.
請求項7記載のイオンビーム加工装置において、
前記投射マスクは微小穴を形成しておくと共に、前記投射マスクのイオン源側に配置される偏向器と、前記投射マスクが有する前記複数のパターン開口と前記微小穴を前記イオンビーム照射領域下に選択的に切り替えるマスク駆動機構とを有し、前記マスク駆動機構が前記微小穴を前記イオンビーム照射領域下に選択的に切り替え、前記偏向器に偏向走査信号を印加して前記イオンビームを偏向走査し、前記第2のビーム電流検出器の電流値と前記偏向走査信号から前記イオンビームのビームプロファイルを取得する
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
In the ion beam processing apparatus according to claim 7,
The projection mask has micro holes formed therein, and a deflector disposed on the ion source side of the projection mask, the plurality of pattern openings and the micro holes provided in the projection mask under the ion beam irradiation region. A mask drive mechanism for selectively switching, and the mask drive mechanism selectively switches the minute hole under the ion beam irradiation region and applies a deflection scanning signal to the deflector to deflect and scan the ion beam. An ion beam processing apparatus that acquires a beam profile of the ion beam from a current value of the second beam current detector and the deflection scanning signal.
請求項14記載のイオンビーム加工装置において、
前記第1のビーム電流検出器の電流が予め設定した電流値範囲内で、前記第2のビーム電流検出器の電流が予め設定した電流値より小さい場合には、前記ビームプロファイルの最大電流領域が前記微小穴の位置となるビーム偏向条件に前記偏向器を設定する
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
The ion beam processing apparatus according to claim 14, wherein
When the current of the first beam current detector is within a preset current value range and the current of the second beam current detector is smaller than the preset current value, the maximum current region of the beam profile is An ion beam processing apparatus, wherein the deflector is set to a beam deflection condition that is a position of the minute hole.
請求項5、または6記載のイオンビーム加工装置において、
前記第1、第2のビーム電流検出器はファラデーカップである
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
The ion beam processing apparatus according to claim 5 or 6,
The ion beam processing apparatus, wherein the first and second beam current detectors are Faraday cups.
請求項5、または6記載のイオンビーム加工装置おいて、
前記第1のビーム電流検出器の電流が予め設定した電流値範囲以上に変動した場合には、異常情報を出力する出力部を有する
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
In the ion beam processing apparatus according to claim 5 or 6,
An ion beam processing apparatus comprising: an output unit that outputs abnormality information when the current of the first beam current detector fluctuates beyond a preset current value range.
請求項5、または6記載のイオンビーム加工装置において、
前記第1のビーム電流検出器の電流が予め設定した電流値範囲内で、前記第2のビーム電流検出器の電流が予め設定した電流値より大きい場合には、異常情報を出力する出力部を有する
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
The ion beam processing apparatus according to claim 5 or 6,
When the current of the first beam current detector is within a preset current value range and the current of the second beam current detector is larger than the preset current value, an output unit that outputs abnormality information is provided. An ion beam processing apparatus comprising:
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